Kết cấu và công nghệ xanh trong công trình cầu bê tông

Bài viết Kết cấu và công nghệ xanh trong công trình cầu bê tông trình bày việc đề xuất các giải pháp bố trí cáp DƯL, mặt cắt đã áp ứng các yêu cầu về an toàn kết cấu trong cả giai đoạn thi công và khai thác dù với đặc điểm kết cấu có mức làm việc công xôn rất lớn trong giai đoạn thi công lắp hẫng.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 KẾT CẤU VÀ CÔNG NGHỆ XANH TRONG CÔNG TRÌNH CẦU BÊ TƠNG Đặng Việt Đức Trường Đại học Thủy lợi, email: dangvietduc@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU Kết cấu công trình cầu ngày khơng túy thiết kể để vượt qua khoảng không tuyến sơng ngịi, eo biển, hẻm núi, vực sâu, thung lũng với tiêu chí an tồn kinh tế Các yếu tố thẩm mỹ kết cấu công trình, hài hịa với cảnh quan bảo tồn tính nguyên dạng thiên nhiên ngày trọng xem xét Cầu cong tạo tối ưu hướng tuyến, chuyển đổi phân dòng xe nút giao cắt khác mức Cầu cong đường cao (cầu cạn) uốn lượn theo sườn núi có độ dốc lớn để tránh bạt mái taluy làm đường Các giải pháp xây dựng cơng trình đường bạt núi tạo taluy cho đường, xử lý đất yếu cho đường, nhiều trường hợp trở nên không khả thi đáp ứng yêu cầu yếu tố bảo tồn mơi trường Trên thực tế có nhiều nút giao cắt khác mức, tuyến đường đèo áp dụng kết cấu cầu cong nút đầu cầu Chương Dương phía Hà Nội, nút giao Vành đai với đường cao tốc Hà Nội - Hải Phòng, tuyến tránh vượt đèo Pha Đin, Cầu Cốc Pài - Hà Giang, đường Hồ Chí Minh đoạn vượt cao qua khu bảo tồn rừng Cúc Phương Dạng dầm bê tông mặt cắt hộp có khả kháng uốn tốt với phân bố mơ men âm dương, có sức kháng xoắn tốt nhiều so với dạng mặt cắt hở đặc biệt phù hợp với kết cấu nhịp liên tục kết cấu nhịp cầu cong có bán kính nhỏ Các thơng số thiết kế tuyến cơng trình cầu phải tn thủ tiêu chuẩn chung dự án tuyến đường tổng thể Bán kính cong nhịp cầu thường thiết kế không nhỏ 70m, bán kính cong nhỏ theo tiêu chuẩn Đường cấp III đồng [1] Với độ nhịp từ 40m độ cong lớn (bán kính cong < 100m), dạng dầm BTCT DƯL mặt cắt hộp phù hợp cho kết cấu nhịp cầu cong u cầu đặt cần thiết phải có cơng nghệ thi công cầu bê tông nhịp dầm hộp liên tục đảm bảo tiến độ thỏa mãn yêu cầu bảo tồn tính nguyên dạng thiên nhiên DỰ ÁN THAM KHẢO VÀ ĐỀ XUẤT Hình Lắp hẫng tịnh tiến cho kết cấu nhịp cầu BTCT DƯL Linn Cove Với hướng tuyến cơng trình phức tạp điều kiện địa đồi núi, lại phải tuân thủ quy định bảo tồn môi trường bảo tồn thiên 190 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 nhiên, dự án thiết kế xây dựng cầu Linn Cove cho đội ngũ tư vấn học quý báu Cầu Linn Cove nằm tuyến giao thông thuộc Bắc Carolina - Mỹ qua khu bảo tồn thiên nhiên quốc gia Blue Ridge Mountain thuộc miền Bắc Carolina (Mỹ) có khoảng 5miles (8km) Dãy Núi Ơng (Grandfather) Khu vực cơng trình qua có địa chất thuộc loại cổ giới đồng thời khu du lịch khám phá cảnh quan tự nhiên hàng đầu vùng Carolina Đến năm 1979, định tuyến giao thông qua khu vực bảo tồn Cơ quan Đường Liên Bang đưa với yêu cầu tiên quyết: Tuyến phải dạng kết cấu công trình cầu cạn, nằm cao tách biệt hẳn với bề mặt thiên nhiên, tim tuyến cơng trình phải uốn lượn hài hòa với bề mặt địa chất địa mạo khu vực Cơng trình cầu cao phải đáp ứng yêu cầu bảo vệ tuyệt đối cảnh quan môi trường thiên nhiên, hạn chế tối đa công tác đào phá đá đắp lên bề mặt địa hình Nhằm đạt mục tiêu đặt ra, phương án nhịp dầm bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL) mặt cắt hộp đơn trụ cầu thi công lắp ghép phân đốt thông qua [2] Giải pháp lắp hẫng tịnh tiến (progressive placement) thống áp dụng cho dự án, nguyên lý làm việc công nghệ trình bày tài liệu tham khảo [3] Đây giải pháp lắp hẫng phân đốt dầm bê tơng đúc sẵn hướng, với mục đích tạo nên phần kết cấu hoàn chỉnh từ vị trí mố, tận dụng làm đường cơng vụ để vận chuyển nguyên vật liệu, thiết bị thi công phân đốt dầm phân đốt trụ đến vị trí lắp hẫng dầm lắp ghép cho thân trụ Ưu điểm trội giải pháp thi công tiến độ thi công nhanh phân đốt đúc từ trước, công tác lắp ghép hẫng phân đốt nhanh đáng kể so với công tác đổ bê tông chỗ cho phân đốt đúc hẫng Ngồi vật liệu bê tơng đạt chất lượng cao phân đốt có khối lượng bê tông không lớn tiến hành đúc nhà xưởng với kiểm soát chặt chẽ tất khâu chế tạo Trong q trình thi cơng lắp ghép phân đốt, vật liệu keo epoxy áp dụng, phủ toàn bề mặt tiếp xúc để tăng thêm độ kín khít, chống lại yếu tố ăn mòn cốt thép cường độ cao qua khu vực mối nối [4] Giải pháp trụ cầu móng nơng thiết kế đặt trực tiếp đá thiên nhiên để giảm bớt công tác đào phá bề mặt tự nhiên Thân trụ lắp từ phân đốt đúc sẵn vận chuyển đến từ vị trí bãi đúc đến vị trí cơng trường lắp ghép, có khả liên kết tốt từ hệ khóa chống cắt thép cường độ cao ứng suất trước Để khơng phải xây dựng đường mịn lối mở, phần kết cấu nhịp hoàn thiện bố trí sử dụng thành đường cơng vụ, đồng thời phục vụ vận chuyển phân đốt dầm phân đốt trụ từ bãi đúc đặt cách công trường khoảng 1.6 km (1 dặm) đến vị trí lắp ghép Đã có trụ cầu xây dựng mà phá đá, cưa lớn, đào đắp mở đường công vụ mặt đất, khoan sâu xây dựng móng - bệ trụ, giảm thiểu tác động xâm hại đến trạng tự nhiên khu vực Cầu Linn Cove đạt giải thưởng lớn Liên bang Đặc biệt “Phần thưởng Tổng Thống” năm 1984 giải thưởng cho Cơ quan Quản lý giao thông Bang cho thiết kế xuất sắc vào năm 1984 Sau cầu Linn Cove nhận nhiều giải thưởng từ quan Bang Liên Bang Mỹ Tất giải thưởng ghi nhận cơng tác thiết kế kết cấu cơng trình đặc biệt hài hòa với cảnh quan tự nhiên khu vực, thiết kế phương án tổ chức thi công vượt qua thách thức, trở ngại điều kiện địa hình tự nhiên để xây dựng thành cơng cơng trình đảm bảo đầy đủ thơng số kỹ thuật Giải pháp thi công đặc biệt ý đến yếu tố bảo tồn điều kiện nguyên dạng mơi trường thiên nhiên VÍ DỤ KẾT CẤU ĐỀ XUẤT Ví dụ tính tốn xây dựng kết cấu gồm nhịp với độ 36+50+50+36 (m), bố trí đường cong có bán kính 70m (Hình 2) phân đốt bố trí trụ 191 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Hình Kết thể dầm đảm bảo an tồn với nội dung kiểm tốn nứt sức kháng xoắn, nội dung tính toán kiểm toán quan trọng thiết kế dầm cong Bao ứng suất giai đoạn khai thác 3.00 vị tri mặt cắt (mm) 0.00 -5000 -3.00 Ứng suất Mpa đốt thiết kế với chiều dài m phân đốt lại thiết kế m Phương án lắp hẫng tịnh tiến áp dụng cho giải pháp thi cơng Mặt cắt dầm điển hình trụ thể Hình Kết cấu bố trí dạng cáp DƯL: lâu dài làm việc giai đoạn thi công khai thác, tạm thời có vai trị giai đoạn thi công 35000 55000 75000 95000 115000 135000 155000 175000 -6.00 -9.00 -12.00 -15.00 36m 50m 15000 -18.00 US thớ cận Max US thớ cận Min US thớ cận Max US thớ cận Min 50m T1 36m Hình Phân bố bao ứng suất thớ giai đoạn khai thác M4 T3 T2 R =70 m Bao mô men xoắn giai đoạn thi công khai thác 1.50E+10 1.00E+10 Mơ men N.mm Mo Hình Sơ đồ kết cấu ví dụ tính tốn 5.00E+09 0.00E+00 -5000 -5.00E+09 -1.00E+10 15000 35000 55000 75000 95000 Bao MM xoan KT max 115000 135000 155000 175000 Bao MM xoan KT 12000 -1.50E+10 Bao MM xoan TC max Bao MM xoan TC 225 200 385 vị tri mặt cắt (mm) 2600 Hình Phân bố bao mơ men xoắn giai đoạn thi công khai thác 220 2015 300 3300 5400 3300 KẾT LUẬN 12000 200 2778 480 2778 200 2182 600 225 2182 2015 2600 200 160 600 3300 1340 2720 1340 3300 Hình Mặt cắt dầm điển hình trụ Kết ta mơ hình phân tích theo thuật tốn phương pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH) với phần tử dầm, điều kiện biên, phần tử cáp DƯL ngoài, tải trọng hoạt tải định nghĩa phần mềm Midas/Civil, thể Hình Hình Mơ hình dầm cong với bố trí hệ thống cáp DƯL Kết kiểm tốn nứt dầm thơng qua phân bố ứng suất thớ thể Hình Phân bố đường bao xoắn giai đoạn thi công khai thác thể Trong điều kiện chưa có dự án xây dựng cầu Việt Nam áp dụng công nghệ lắp hẫng tịnh tiến, việc đề đề xuất giải pháp bố trí cáp DƯL, mặt cắt áp ứng yêu cầu an toàn kết cấu giai đoạn thi công khai thác dù với đặc điểm kết cấu có mức làm việc cơng xơn lớn giai đoạn thi công lắp hẫng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCVN 4054: 2005, Đường ô tô - yêu cầu thiết kế, 2005 [2] National Park Service U.S Department of the Interior 1849 C St NW Washington, DC 20240, 1997, Historic American Engineering Record, Blue Ridge Parkway, Linn Cove Viaduc [3] Đ.V.Đức, 2016, Cấu tạo tính tốn nhịp dầm BTCT DƯL thi công công nghệ lắp hẫng tịnh tiến, Tập san Hội nghị thường niên Đại học Thủy lợi 2016 [4] Jean M Muller; James M Barker, 1985 Design and Construction of Linn Cove Viaduct, PCI journal Vol 30, No 192 ... yêu cầu an tồn kết cấu giai đoạn thi cơng khai thác dù với đặc điểm kết cấu có mức làm việc công xôn lớn giai đoạn thi công lắp hẫng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCVN 4054: 2005, Đường ô tô - yêu cầu. .. giải pháp thi công tiến độ thi công nhanh phân đốt đúc từ trước, công tác lắp ghép hẫng phân đốt nhanh đáng kể so với công tác đổ bê tơng chỗ cho phân đốt đúc hẫng Ngồi vật liệu bê tông đạt chất... cầu tiên quyết: Tuyến phải dạng kết cấu cơng trình cầu cạn, nằm cao tách biệt hẳn với bề mặt thiên nhiên, tim tuyến cơng trình phải uốn lượn hài hòa với bề mặt địa chất địa mạo khu vực Cơng trình