2147. cầu dầm Bê tông cốt thép thi
công bằng phơng pháp phân đoạn
7.1. Khái niệm
Từ những năm 50 của thập kỷ ny cầu BTCT UST ngy cng phát triển, kỹ thuật v công nghệ
ngy cng hon thiện nên sơ đồ kết cấu ngy cng phong phú, chiều di nhịp ngy cng lớn,
công trình ngy cng thanh thoát mỹ quan hơn. Cho đến nay ở những nớc phát triển đã xây
dựng những cầu có nhịp 200-300m, kỷ lục hiện nay l 301m (
Stolmasundet-
Norway hon
thnh năm 1998) xem Bảng 1-2, tơng lai sẽ xuất hiện những nhịp có chiều di 400-500m
Theo chiều di nhịp, cầu dầm BTCT nhịp lớn l những nhịp có chiều di lớn hơn 40-42m
cxxxiv
Các sơ đồ chính của kết cấu nhịp cầu BTCT nhịp lớn:
+
Sơ đồ tĩnh định: dầm giản đơn, khung T dầm treo
+
Sơ đồ siêu tĩnh: cầu dầm liên tục, cầu khung dầm liên tục, cầu khung cứng liên tục,
khung T có khớp, chiều cao tiết diện của các sơ đồ trên có thể thay đổi hoặc không
thay đổi.
Các phơng pháp thi công chính:
+
Thi công trên gin giáo cố định: Đây l công nghệ cổ điển nhất đợc sử dụng từ
những ngy đầu tiên xây dựng cầu BTCT, hiện nay ở các nớc phát triển trong những
phân lm 2 dạng: đ giáo nằm phía trên kết cấu nhịp (Overhead MMS) , đ giáo nằm
phía dới kết cấu nhịp (underslung-MSS)
Hình 7-2
, Hình 7-3.
+
Thi công bằng phơng pháp hẫng (PP hẫng cân bằng): Nguyên lý của phơng pháp
thi công hẫng l kết cấu nhịp đợc đúc hay đợc lắp từ một trụ đối xứng ra hai bên,
đến giữa nhịp các kết cấu ny đợc nối lại với nhau bằng cách đổ bê tông tại chỗ
(dầm liên tục hay khung), hoặc lắp vo một đoạn dầm treo (khung dầm tĩnh định),
hoặc lắp vo một khớp nối (cầu khung dầm có khớp). Kết cấu nhịp đợc phân ra từng
đốt, có thể l đúc tại chỗ trên ván khuôn di động hặc lắp bằng những đốt đúc sẵn.
Khi thi công kết cấu nhịp chịu lực theo sơ đồ mút thừa nên trên tiết diện chỉ có mô
men âm các cốt thép đợc bố trí ở phía trên v đúc hay lắp đến đâu căng cốt thép
đến đó. Ưu điểm của phơng pháp ny l dùng ít gin giáo, kết cấu nhịp có nhiều sơ
đồ với tiết diện có chiều cao thay đổi phù hợp với sơ đồ chịu lực khi thi công cũng
nh khi khai thác do đó có thể sử dụng vật liệu một cách hợp lý nên có thể xây dựng
những nhịp rất di
48000
500
47500
2130
2750
55000
2130
2750
2750
32500 14000 2000 25000 14000 200014000
1000
54000
P22 P23
P24
P25 A2
Bớc 1: Thi công nhịp biên v căng cáp ứng suất trớc trong sờn
Bớc 2: Thi công cánh T v căng cáp ứng suất trớc trong sờn
Bớc 3: Thi công phần nhịp giữa v căng cáp ứng suất trớc trong bản
Bớc 4: Thi công cáp ứng suất trớc căng ngoi
Bớc 5: Hon thnh
Trụ khung
Hình 7-1. Nhịp cầu cong 48+2x55+48 (cầu Tr Khúc) thi công phân đoạn trên gin giáo cố định
216+
Thi công bằng phơng pháp đẩy: Nguyên lý của công nghệ ny l kết cấu nhịp đợc
đúc hoặc lắp từng đoạn (thờng l một nhịp) liên tiếp ở nền đờng đầu cầu, sau đó
dùng kích đẩy dầm trợt trên các bn trợt để đa dầm ra vị trí. Công việc đúc (lắp)
v đẩy đợc tiến hnh từng đợt liên tiếp nhau để đẩ cả những kết cấu nhịp có chiều
di rất lớn. Ưu điểm của phơng pháp ny l công việc thi công đợc tiến hnh ở
trên nền đờng đầu cầu nên chất lợng đảm bảo v tơng đối an ton, việc tổ chức v
quản lý dễ dng vì quá trình đúc (lắp) v đẩy đợc lặp đi lặp lại theo những chu trình
không thay đổi. Nhợc điểm l kết cấu nhịp phải có chiều cao không thay đổi, nên
việc sử dụng vật liệu không hợp lý do đó chiều di nhịp không lớn (thông thờng chỉ
dùng trong phạm vi 40-80m v hiệu quả hơn cả l khi nhịp khoảng 40-60m). Trong
quá trình thi công mô men thờng xuyên đổi dấu, nội lực khi thi công rất khác so với
khai thác do đó thờng phải bố trí cốt thép UST tạm thời
ặ
Sau khi đổ bê tông, bảo dỡng v căng
cáp, dn chính của đ giáo đợc hạ
xuống bởi kích ở phía sau, giá treo v trụ
phía trớc.
2.
Những mối nối ở giữa của hệ thống dầm
ngang đợc tháo ra, dn chính đợc di
chuyển ngang đến vị trí nơi m dầm
ngang có thể di chuyển qua trụ.
3.
Đ giáo sẵn sng di chuyển. Tiến hnh di
chuyển đ giáo đến vị trí mới. Hai dn
chính đợc di chuyển độc lập đến vị trí
nhịp tiếp theo
4.
Khi tiến hnh lao đ giáo, giá treo đợc
di chuyển đến vị trí tiếp theo của nó.
5.
Di chuyển ngang hai dn chính, nối hệ
thống dầm ngang tại vị trí giữa nhịp
6.
Dn chính đợc nâng lên đến vị trí đổ bê
tông bằng kích.
7.
trí trụ
2.
Ván khuôn dới của tiết diện hộp hoặc
ván khuôn trong của tiết diện T v phần
ván khuôn bên ngoi đợc hạ xuống
bằng tời hoặc kích thuỷ lực (Hình 7-4.b)
3.
Hệ gin giáo đợc lao đến vị trí mới
(nhịp tiếp theo)
4.
Các tấm ván khuôn sẽ đợc liên kết lại
(bằng tời hoặc kích)
5.
Hệ gin giáo sẽ đợc nâng lên bằng kích
6.
Ván khuôn sẽ đợc điều chỉnh (nếu yêu
cầu) bằng việc điều chỉnh các thanh treo)
7.
Đối với dầm hộp sau khi đặt cốt thép
thờng v cờng độ cao của bản biên
dới v sờn, ván khuôn trong sẽ đợc di
chuyển tới vị trí tiếp theo của nó
8.
Neo v bộ nối cáp
l
Đoạn 1 Đoạn 2Hình 7-5. Sơ đồ bố trí thép ứng suất trớc
của dầm thi công theo phơng pháp phân đoạn đổ tại chỗ
a=(0,2-0,3)l
g
bt
P
P
g
bt
P
g
bt
P
P
bt
g
P
P
b
g
bt
l
P
Hạ gin giáo đoạn 1
Đổ bê tông đoạn 2
Bắt đầu xây dựng từ trụ cố định v tiến hnh đúc (lắp) từng đốt đối xứng qua trụ theo sơ đồ
mút thừa, thi công xong đốt no căng cốt thép đến đốt đó (gọi l cáp âm), v kết thúc đúc (lắp)
hẫng bằng đốt hợp long nối cánh hẫng v phần đúc trên đ giáo cố định (đối với nhịp biên),
hoặc hai đầu cánh hẫng từ giữa hai trụ liền kề (đối với nhịp giữa). Khi bê tông đốt hợp long đạt
cờng độ tiến hnh ngay việc căng cáp phía biên dới kết cấu nhịp đó (cáp dơng). Trong
nhiều trờng hợp sau khi thi công hon chỉnh kết cấu nhịp, căng cáp vừa chịu mô men âm v
mô men dơng (cáp nhịp).
Đối với cầu đúc tại chỗ trên gin giáo di động thì tính ton khối của kết cấu tốt, liên kết giữa
các đốt đảm bảo bê tông liền khối v cốt thép thờng đợc nối với nhau do đó chịu cắt tốt,
nhng việc thi công trên cao trong phạm vi chật hẹp sẽ khó khăn nên dễ ảnh hởng đến chất
lợng. Việc căng cốt thép đợc tiến hnh sớm khi bê tông còn non nên dễ gây ra sự cố v ảnh
hởng của từ biến v co ngót của bê tông khá lớn.
Đối với cầu lắp ghép thì khắc phụ đợc những nhợc điểm trên, nhng nhợc điểm của nó l
mối nối lắp ghép giữa các đốt không bảo đảm tính liền khối v dễ có những sai số khi lắp ráp.
Đối với cầu liên tục, để đảm bảo sự ổn định của cánh hẫng trong quá trình thi công do những
nguyên nhân mất cân bằng (rơi xe đúc, gió...) cần liên kết kết cấu nhịp tạm thời vo trụ.
Công nghệ đúc (lắp) hẫng cân bằng có thể áp dụng cho kết cấu nhịp liên tục hoặc khung
(khung dầm liên tục, khung T dầm treo)
7.3.2. trình tự thi công
Đối với kết cấu thi công bằng công nghệ hẫng, có thể chia kết cấu nhịp thnh 4 phần cơ bản:
Phần trên trụ (khối K0) kết hợp với các biện pháp tăng cờng khác - phần A, phần trên gin
giáo cố định - phần C, phần trên gin giáo di động (sử dụng xe đúc hoặc xe lắp hẫng) phần
B, v phần hợp long phần D. Hình 7-7 thể hiện các phần khác nhau trong kết cấu nhịp.
H3
C
D
B A B
D
B A
C
Liên kết tạm đốt K0 với trụ bằng các thanh cờng độ cao (Hình 7-8)
+
. Mặt chính
Mặt cắt B-B
Hình 7-8. Neo tạm kết cấu nhịp vo đỉnh trụ bằng các thanh cờng độ caoHình 7-9. Tăng cờng bằng hai trụ tạm
222Bớc 2: thi công hẫng các đốt tiếp theo
Các đốt tiếp theo đợc thi công đối xứng qua trụ từ đốt K1 cho đến đốt cuối cùng của mút
thừa, theo một chu trình lặp đi lặp lại: lắp đặt (hoặc di chuyển) v điều chỉnh xe đúc, lắp đặt
cốt thép thờng v ống gen của cáp ứng suất trớc, đổ v bảo dỡng bê tông, luồn v căng kéo
cáp ứng suất trớc, thời gian trung bình để thi công một đốt l 7 ngy. Chiều di của khối đúc
hẫng theo Gerard Sauvageot (Bridge Engineering Hanbook) có thể 3-6m (tại Việt Nam chúng
ta đã thi công những đốt có chiều di 2,5m), chiều di của khối đúc phụ thuộc vo năng lực
của xe đúc, chiều di ngắn khi gần trụ cầu, chiều di lớn hơn khi gần khoảng giữa nhịp. Thi
công xong một cặp đốt no căng cốt thép UST từ mút ny sang mút kia. Khi thi công phải theo
dõi chặt chẽ độ võng, số lợng thép cần bảo đảm tại mỗi đốt ít nhất mỗi sờn có một bó đợc
căng v neo ở cuối đốt. Sau khi căng xong phải bơm vữa ngay.
Bớc 3: Xây dựng nhịp biên trên đ giáo cố định
Hình 7-10. Thi công nhịp biên trên đ giáo cố định (a. Đ giáo kê lên đất; b. Đ giáo treo)
2237.3.3. Các kích thớc cơ bản
7.3.3.1. Tỷ lệ nhịp v tỷ số h/l
Với kết cấu nhịp liên tục thi công theo công nghệ đúc hẫng cân bằng thờng có hai dạng v tỷ
lệ giữa các nhịp, tỷ số h/l trong các trờng hợp đó theo quan điểm của Jacques Mathivat v
Geratd Sauvageot (xem phần 1.6.3).
Theo quan điểm của Nhật Bản tỷ số giữa chiều cao dầm v chiều di nhịp đợc thể hiện trong
Bảng 7-1
Tỷ lệ chiều cao v chiều di nhịp của hiêp hội FCC (Nhật Bản)
Bảng 7-1
Chiều cao dầm tại
Điều kiện áp dụng
Tiết diện trên trụ Tiết diện giữa nhịp
Cầu đờng bộ (khớp)
(1/16
ữ
1/18)L (1/34
ữ
1/67)L
Cầu đờng bộ (khung liên tục)
(1/13
ữ
1/16)L (1/25
ữ
1/39)L
L
X
hhhh
+=
(7-1)
Trong đó:
h
p
- chiều cao dầm tại đỉnh trụ
h
1
Chiều cao dầm tại mố (h
m
), tại giữa nhịp (h
n
)
L Chiều di phần cánh hẫng cong
7.3.3.3. Mặt cắt ngang:
Mặt cắt ngang hình hộp l thích hợp nhất cho kết cấu thi công bằng phơng pháp hẫng bởi vì:
+
Do công nghệ thi công, nên mô men uốn âm xuất hiện hầu nh trên suốt chiều di
nhịp v rất lớn tại gối, vì vậy biên dới chịu lực nén lớn
224+
ổ
n định tĩnh v động của cầu với tiết diện hộp khi thi công theo phơng pháp hẫng
cân bằng đợc bảo đảm tốt hơn do độ cứng chống xoắn của tiết diện hộp lớn hơn
tiết diện hở.
Số lợng sờn trong mặt cắt ngang cầu phụ thuộc vo chiều rộng cầu, hoạt tải. Nên chọn mặt
cắt ngang có số lợng sờn ít nhất (2 sờn), nhng khi chiều rộng cầu lớn, khoảng cách giữa
hai sờn lớn hơn (5-7)m chiều dy của bản mặt cầu sẽ lớn dẫn đến không kinh tế do vậy
trong trờng hợp ny phải tăng số lợng sờn dầm. Hình 7-12 thể hiện phạm vi áp dụng của
một số mặt cắt ngang ứng với chiều rộng cầu khác nhau:
Sờn dầm có thể l sờn đứng hoặc sờn nghiêng, sờn đứng có cấu tạo v thi công đơn giản
hơn. Sờn nghiêng thoát gió tốt hơn, tính thẩm mỹ cao v giảm đợc chiều rộng của trụ,
nhng cấu tạo v thi công phức tạp hơn sờn đứng. Độ xiên của sờn nằm trong khoảng
ữ
6
1
4
1
, lấy giá trị no tuỳ thuộc vo chiều rộng của cầu sao cho tại vị trí trụ chiều rộng của
cầu không quá hẹp.
Trong trờng hợp chiều rộng cầu lớn, nhng vẫn muốn áp dụng tiết diện ngang có 2 sờn, có
14 m
14
B
18 (m) 18
B
25 (m)
Hình 7-12. Phạm vi áp dụng của tiết diện hộp
a) b)
Hình 7-13. Tăng cờng khả năng chịu lực của bản mặt cầu
Hình 7-14. Các kích thớc mặt cắt ngang dầm hộp
225Chiều dy bản tại giữa nhịp (t
1
) đợc chọn trên cơ sở: Đảm bảo chịu đợc hoạt tải xe đặt trực
tiếp, có độ dy để đủ bố trí thép v ngoi ra cần xem xét khi bản trên l cánh chịu nén do mô
men dơng, v chịu kéo do mô men âm. Giá trị đó đợc xác định theo công thức sau :
1
mm
L
t +=
, công thức ny cho giá trị quá cao khi nhịp lớn
hơn 4,5m.
Chiều dy bản tại mép ngoi cánh hẫng (t
3
): t
3
200 mm. Thông thờng lấy bằng 200mm. Khi
sử dụng dự ứng lực ngang trong bản mặt cầu t
3
có thể tăng lên để đảm bảo có thể bố trí đợc
đầu neo.
Chiều dy bản tại điểm giao với sờn hộp (t
2
) =(2
ớ
3)t
3
, đợc chọn căn cứ vo chiều dy cánh
hẫng (L
1
) v đặc biệt l đủ chiều dy để đặt các bó cáp dự ứng lực v đầu neo. Vát góc tại đó
cho phép điều tiết việc phân bố ứng suất của cáp theo phơng dọc tốt hơn, nhng nhợc điểm
của nó l thi công phức tạp hơn do đó một số cầu chỉ lm vát góc trong (Hình 7-15.a) hoặc
không lm vát góc (Hình 7-15.b).
uốn theo phơng dọc cầu, tải trọng tác dụng cục bộChiều dy bản biên dới tại khu vực giữa
nhịp khi không bố trí cốt thép cờng độ cao thờng lấy bằng 160mm, trờng hợp đặc biệt có
thể giảm đến 120mm (cầu Coblenz), tại vị trí trụ do mô men uốn tại đó lớn nên bản biên dới
phải lấy lớn hơn tại giữa nhịp v có thể lên đến 2m, thờng nằm trong khoảng
nh
L
200
1
75
1
ữ
, L
nh
l chiều di nhịp chính. Tại Việt Nam Cầu Phù Đổng với chiều di nhịp
chính l 100m chiều dy bản đáy tại trụ 1m tại khoảng giữa nhịp l 0,25m. Trong phạm vi
giữa chiều dy lớn nhất v nhỏ nhất, chiều dy của bản biên dới thay đổi theo phơng trình:
Hình 7-15. Một số mặt cắt ngang của cầu dầm hộp đợc áp dụng tại Việt Nam
226x
h
tính từ điểm có chiều dy lớn nhất
Sờn dầm
Sờn dầm chủ yếu chịu lực cắt do hoạt tải v tĩnh tải, một phần của mô men uốn v mô men
xoắn do tải trọng đặt lệch tâm. Do vậy chiều dy của sờn dầm phải đảm bảo: đủ khả năng
chịu lực, đủ không gian bố trí cốt thép thờng, cốt thép ứng suất trớc, neo, v đổ bê tông
đợc thuận lợi.
Chiều dy sờn tại khu vực gối (500
ữ
600)mm, tại khu vực giữa nhịp (250
ữ
400)mm
Hình 7-16. Thay đổi chiều dy bản biên dới
Copyright: Tài liệu đại học ©