Ưu điểm của bê tông cường độ cao (HSC) đến bê tông cường độ siêu cao bê tông siêu tính năng (UHPC): Cường độ chịu nén cao, khả năng chống thấm cao. Khả năng chống ăn mòn rất tốt. Giảm kích thước kết cấu, vượt nhịp lớn, giảm tĩnh tải và giảm kích thước nền móng. Giảm nhiều CO2 do sử dụng ít vật liệu, giảm nhân lực và rút ngắn thời gian thi công. Tăng tuổi thọ cho công trình, kết cấu thanh mảnh.
GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM ĐẶC BIỆT LÀ VÙNG ĐBSCL BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO (HSC) VÀ CƯỜNG ĐỘ SIÊU CAO (UHPC) ThS Nguyễn Trọng Nghĩa – GĐ CTCP tư vấn Synectics, M: 0912.011787, E: nghiant@synectics.vn TS Trần Bá Việt – PCT Hội Bê tông Việt Nam, M: 0903.406501 PGS TS Nguyễn Thanh Sang – ĐH GTVT HN TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH, PHÁT TRIỂN MẠNG LƯỚI ĐƯỜNG CAO TỐC TẠI VIỆT NAM Mục tiêu đến 2030 hoàn thành 5.000 km đường cao tốc, năm 2050 hoàn thành 41 tuyến cao tốc, tổng chiều dài 9.000 km Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL): 40.000km2, 17,2 triệu người, có cao độ trung bình từ 1-2m so với mực nước biển, cung cấp 55% sản lượng gạo (90% xuất khẩu), 60% lượng thủy sản 70% lượng trái cho nước Các tượng thời tiết cực đoan hạn hán, lũ lụt, xâm nhập mặn, nước biển dâng… không ngừng gia tăng Phát triển mạng lưới đường bộ, đường cao tốc tạo đê, bờ bao… giảm không gian chứa lũ, thoát lũ tăng nguy ngập, lụt Số liệu quan trắc Bộ Tài nguyên Môi trường vùng đồng sông Cửu Long 10 năm gần cho thấy cho thấy, tốc độ sụt lún đất trung bình 0,96 cm/năm nhanh gấp ba lần so với mực nước biển dâng 0,35 cm/năm Tuyến cao tốc Cần Thơ (lún bình quân 1,75 cm/năm) Cà Mau (lún bình quân cm/năm), theo kết phân tích năm 2006 – 2010 Laura E Erban cộng sự) Rất khó kiểm sốt thời gian tắt lún phải bù lún giai đoạn khai thác 10 năm lún từ 10cm đến 30 cm, chi phí bù lún tốn phải đảm bảo ATGT Tháng 5/2023 Page: 2 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG ÁN ĐƯỜNG CAO TỐC TRÊN NỀN ĐẮP 2.1 Ưu điểm Chi phí xây dựng thấp, sử dụng vật liệu đắp địa phương, công nghệ thi công đơn giản 2.2 Nhược điểm Hầu hết phương án đắp sử dụng hầm chui chưa thiết kế tối ưu: (1) Công tác thiết kế chưa tối ưu cao độ đường đỏ; (2) Các giải pháp vật liệu, kết cấu chưa tối ưu; Thiếu nguồn vật liệu đắp sử dụng khối lượng đất đắp lớn: (1) Mỏ vật liệu đất đắp không đủ đáp ứng yêu cầu; (2) Tư thiết kế “Đường cấp cao vượt đường cấp thấp cống chui dân sinh q nhiều; (3) khó kiểm sốt giá vật liệu đắp đến chân cơng trình; (4) Khó khăn tính tốn xác định Tổng mức đầu tư (TMĐT) Diện tích GPMB lớn làm tăng chi phí đầu tư Không đảm bảo thời gian xây dựng phải đắp gia tải chờ lún, làm tăng kinh phí Chia cắt không gian, ảnh hưởng sinh kế người dân vùng gặp khó khăn… Tháng 5/2023 Page: ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG ÁN ĐƯỜNG CAO TỐC TRÊN NỀN ĐẮP Sử dụng hầm chui dân sinh đường cao tốc làm đường đắp cao: Bị hạn chế tĩnh không hầm chui dẫn đến khó khăn cho cơng tác nâng cấp mở rộng tuyến đường dân sinh tương lai Dễ bị bị ngập úng hầm chui Diện tích chiếm dụng mặt tuyến lớn Giải pháp thiết kế tối ưu sử dụng cầu vượt bê tông cường độ cao/ bê tông cường độ siêu cao đảm bảo hài hịa yếu tố: tính khả thi kinh tế - kỹ thuật, bảo vệ môi trường tự nhiên, môi trường xã hội, đảm bảo phát triển bền vững, thích ứng với biến đổi khí hậu Cầu vượt chữ Z Tháng 5/2023 Cầu vượt chữ U Page: GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL Phương án cao tốc cao phương án giải lúc thách thức địa hình thấp, đất yếu, thiếu cát xây dựng, ngập sụt lún, nước biển dâng, khơng cản trở lũ, phá hỏng cảnh quan sinh thái, đảm bảo sinh kế cho người dân, đáp ứng yêu cầu đánh giá tác động môi trường… Ưu điểm vượt trội phương án cầu cạn so với phương án đắp nền: Giảm đáng kể diện tích chiếm dụng mặt Khơng bị ảnh hưởng tiến độ xây dựng thiếu vật liệu đắp nền, phải đắp chờ lún cố kết Không chịu tác động biến đổi khí hậu đặc biệt lũ lụt nước biển dâng ĐBSCL, tuân thủ điều 29 Luật Bảo vệ môi trường đảm bảo tính khả thi cho dự án Đảm bảo thơng thống, khơng chia cắt khu vực sx nông nghiệp, cánh đồng mẫu lớn, Phân bổ phù sa, trầm tích đồng cho ĐBSCL, khơng ngăn lũ, ngăn bồi tích Cầu cạn sử dụng kết cấu định hình, kiểm sốt giá thành xây dựng Đảm bảo thơng suốt q trình khai thác, khơng phải bù lún, chi phí tu bảo trì thấp Phát triển ngành cơng nghiệp vật liệu xây dựng trình độ cao, giúp cắt giảm CO2 Cầu cạn áp dụng thành công dự án XD đường cao tốc ĐBSCL (Dự án Tp HCM – Trung Lương, Tp Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây) Tháng 5/2023 Page: GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL 3.1 Tổng quan bê tông thiết kế cơng trình Dải cường độ danh định bê tông f’c (Mpa) Bê tông truyền thống C25 (25 Mpa) Bê tông thường (NC) C55 (55 Mpa) Bê tông cường độ cao (HSC) C100 (100 Mpa) Bê tông cường độ cao C120 (120 Mpa) Bê tơng siêu tính UHPC Ưu điểm bê tông cường độ cao (HSC) đến bê tông cường độ siêu cao/ bê tông siêu tính (UHPC): Cường độ chịu nén cao, khả chống thấm cao Khả chống ăn mòn tốt Giảm kích thước kết cấu, vượt nhịp lớn, giảm tĩnh tải giảm kích thước móng Giảm nhiều CO2 sử dụng vật liệu, giảm nhân lực rút ngắn thời gian thi công Tăng tuổi thọ cho cơng trình, kết cấu mảnh Tháng 5/2023 Page: GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL 3.2 Giải pháp thiết kế cầu cạn dầm U bê tông cường độ cao DUL căng trước Kết cấu dầm I vượt nhịp 20-30m, dầm Super-T vượt nhịp 35- 40m Khoảng cách dầm Super-T 2.22.5m làm TĂNG số lượng dầm mặt cắt ngang cầu TĂNG tĩnh tải kết cấu phần trên, tăng chi phí thời gian thi cơng KCN, kết cấu móng Giải pháp kết cấu tối ưu cho cơng trình cầu: Robert L Reed thiết kế dầm U Dầm U có khả chống uốn chống xoắn tốt, kết hợp sử dụng bê tông cường độ cao DUL, giảm số lượng dầm đáng kể mặt cắt ngang cầu Khoảng cách dầm U lớn từ 3.5-5.0m Tháng 5/2023 Ldầm (m) H (m) Hd (m) w (m) Số tao cáp 15.2mm 35 1.30 0.21/0.40 0.13/0.18 71 38 1.40 0.21/0.40 0.13/0.18 77 40 1.50 0.21/0.40 0.13/0.18 79 42 1.60 0.21/0.40 0.13/0.18 83 Page: GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL 3.2.1 Thử nghiệm dầm U bê tông cường độ cao DUL căng trước, trước áp dụng đại trà So sánh kết tính kết thử tải lần (Ứng suất): mômen tải trọng thử tải gây nứt M = 7125 kN.m So sánh kết tính kết thử tải lần (mô men giới hạn): Kết thử tải: Các cấp tải trọng thí nghiệm với Ptk=66T/147.6T, Pth = 250T Cấp 1: Tăng tải từ từ đến 0.25 Ptk Cấp 4: Tăng tải từ từ đến 0.9 Ptk (KT TTGHCD min) Cấp 3: Tăng tải từ từ đến 0.75 Ptk Cấp 6: Tăng tải từ từ đến 1.00 Ptk (KT TTGHCD max) Cấp 2: Tăng tải từ từ đến 0.5 Ptk (KT Mcr) Tháng 5/2023 Cấp 5: Tăng tải từ từ đến 0.95 Ptk Page: GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL 3.2.2 Thiết kế cầu cạn dầm U bê tông cường độ cao DUL căng trước So sánh mặt cắt ngang đường cao tốc hoàn chỉnh (mặt cắt ngang cầu rộng 24,25m) sử dụng dầm U Super T: Dầm U DƯL Dầm Super T Chiều dài dầm (m) 38.00 38.00 Chiều cao dầm (m) Chiều rộng đáy (m) 1.40 1.75 1.40 0.70 Chiều dày sườn dầm (m) Số tao cáp DƯ L Khối lượng cáp DUL (kg) Khối lượng bê tông (m3) 0.13 0.10 77 3225 (+1.3 T) 33.71 42 1912 26.65 Khối lượng cốt thép (kg) 3817 (-2.5 T) 6321 Khối lượng dầm (Tấn) 83.00 (1.24) 67.00 (1.00) 290 (1.76) 164 (1.00) Khả chịu uốn (MN.m) Khoảng cách dầm thiết kế (m) 2.6 ~ 5.0 (3.50) 1.20 Giá thành dự kiến cho dầm 2.2~2.4 (2.30) 1.00 Kết cấu nhịp cầu dầm U bê tông cường độ cao kinh tế dầm Super T từ 15% đến 18% Tháng 5/2023 Page: GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL 3.2.2 Thiết kế cầu cạn dầm U bê tông cường độ cao DUL căng trước So sánh mặt cắt ngang đường cao tốc giai đoạn (mặt cắt ngang cầu rộng 17,5m) sử dụng dầm U Super T: Kết cấu nhịp cầu dầm U bê tông cường độ cao kinh tế dầm Super T từ 12% đến 15% Chiều rộng cầu (m) Dầm U Dầm Super T Tổng chi phí tiết kiệm cho KCN dầm U so với Super T Bc = 8.0m 15% Bc = 11.5m 20% Bc = 15.0m 15% Bc = 17.5m 14% Bc = 24.25m 10 18% TT Tháng 5/2023 Số lượng dầm Page: 10 GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL 3.2.2 Thiết kế cầu cạn dầm U bê tông cường độ cao DUL căng trước Sử dụng trụ kết cấu dạng ống nhịm gồm cọc khoan nhối đường kính 2.0m với vùng địa chất yếu dày từ 30-60m Không sử dụng bệ cọc, số lượng cọc rút ngắn tiến độ thi cơng kết cấu móng mố trụ cầu Tiết kiệm chi phí xây dựng móng, mố trụ cầu đến 13%-17% Tổng chi phí xây dựng cầu dầm U trụ ống nhòm triển khai 23-25 triệu đồng/m2 cầu đảm bảo tính cạnh tranh cao Mặt cắt ngang trụ ống nhòm dầm U Tháng 5/2023 Page: 11 GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL 3.2.2 Thiết kế cầu cạn dầm U bê tông cường độ cao DUL căng trước Hình ảnh trụ ống nhịm sử dụng cọc KN đường kính 2.0m xây dựng Tháng 5/2023 Một số hình ảnh cơng trình sử dụng dầm U bê tông cường độ cao DUL căng trước Page: 12 GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL 3.3 Cầu cạn sử dụng bê tông cường độ siêu cao (UHPC) 3.3.1 Tổng quan bê tông cường độ siêu cao UHPC Bê tông cường độ siêu cao (UHPC) tối ưu hóa cấu trúc, có cường độ nén tối thiểu 120 Mpa (mẫu trụ DxH = 100x200mm), UHPC có đặc tính học độ bền vượt xa loại bê tông thông thường Các đặc trưng học yêu cầu bê tông UHPC: Cường độ chịu nén: ≥120 Mpa Cường độ chịu kéo: ≥6 Mpa Cường độ chịu uốn: ≥15 MPa Mô đun đàn hồi: ≥ 45 Gpa UHPC 140kg/m Thép 110kg/m Bê tông DUL 470kg/m Bê tông CT thường 530kg/m So sánh dầm khả chịu lực ứng với loại vật liệu khác Tháng 5/2023 Page: 13 GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL 3.3.2 Cầu cạn sử dụng bê tông cường độ siêu cao (UHPC) Stress [N/mm²] Biểu đồ ứng suất – biến dạng Biến dạng dọc trục Biến dạng ngang Strain [‰] CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA UHPC Tháng 5/2023 KHẢ NĂNG CHỊU KÉO CỦA UHPC Page: 14 GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL 3.3.2 Cầu cạn sử dụng bê tông cường độ siêu cao (UHPC) Dầm U UHPC nhịp đơn 50m, khoảng cách dầm 4,5m so sánh tính kinh tế kỹ thuật với dầm Super T (40m) Tháng 5/2023 Page: 15 GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL 3.3.2 Cầu cạn sử dụng bê tông cường độ siêu cao (UHPC) Tháng 5/2023 Page: 16 GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL 3.3.2 Cầu cạn sử dụng bê tông cường độ siêu cao (UHPC) Các tiêu kỹ thuật dầm U (50m) UHPC dầm Super T (38.5m) căng trước với chiều dài cầu 200m Phối cảnh thiết kế dầm U UHPC Tháng 5/2023 Page: 17 GIẢI PHÁP CẦU CẠN CHO PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG HỆ THỐNG HẠ TẦNG GIAO THÔNG VIỆT NAM, ĐẶC BIỆT TẠI ĐBSCL Một số hình ảnh cầu dầm UHPC xây dựng Việt Nam giới - Đã có 250 cầu UHPC với mặt cắt dầm khác - Nhịp đơn 105m, công ty Dura Malaysia xây dựng số quốc gia: Malaysia, Singapore, Indonesia, Ấn Độ, TQ, Canada, Capuchia, Bruney 10 năm qua, cho kết qua hoàn toàn tin cậy Tháng 5/2023 Page: 18 KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT Đánh giá cách tồn diện chi phí xây dựng xét đến yếu tố thời gian chờ đợi tắt lún đắp đất yếu, chi phí khan vật liệu, trượt giá thời gian kéo dài, chi phí hội đưa cơng trình vào sớm vận hành, tiết kiệm sản xuất công nghiệp, vận chuyển, lắp ráp hàng loạt mô-đun phiến dầm, … phương án cao tốc cao (với tỷ lệ cầu cạn/ đắp từ 40% - 60%) ưu việt hẳn đất yếu, nhìn góc độ chi phí - lợi ích vịng đời tồn cơng trình Kiến nghị: (1) Dầm U Bê tơng cường độ cao C70 độ nhịp 35-45m: Dầm U thiết kế đảm bảo an tồn Dầm U bê tơng cường độ cao có tiêu kinh tế - kỹ thuật vượt trội so với dầm Super T Không phải đầu tư thiết bị thi công mà cần sử dụng thiết bị cẩu lắp dầm Super T Các dự án triển khai từ năm 2017 đến đảm bảo độ tin cậy cao để ứng dụng rộng rãi 1km cầu cạn đường cao tốc sử dụng dầm U giảm 35-40% số lượng dầm so với dầm Super T Thời gian thi công, lao lắp rút ngắn 35-40% thời gian (2) Dầm U Bê tông cường độ siêu cao (UHPC) 120MPa độ nhịp 50-100m: Dầm U sử dụng UHPC 120MPa xây dựng cho 250 cầu giới với chiều dài nhịp 50-100m Tăng độ tin khai thác hệ thống cao tốc Giảm chi phí giải phóng mặt Tăng tuổi thọ cơng trình lên 1.5-2 lần giảm chi phí bảo trì xuống mức thấp Dầm U sử dụng UHPC 120MPa rút ngắn tiến độ thi công 40-50% thời gian Tháng 5/2023 Page: 19 KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT Tháng 5/2023 (nguồn: https://vnexpress.net/hientrang-mang-luoi-cao-toc-phia-nam) Tổng chi phí xây dựng cho km cầu cạn đường cao tốc với mặt cắt ngang xe (Bc = 17,50m) dự kiến 435 tỷ đồng/ km, mặt đất 180 tỷ/km Nếu xây dựng tuyến ĐBSCL với tỷ lệ tuyến cao/ tuyến mặt đất 60% / 40% chi phí đầu tư xây dựng trung bình km đường cao tốc 333 tỷ/ km; tỷ lệ 40% / 60% chi phí đầu tư xây dựng trung bình km đường cao tốc 282 tỷ/ km Tổng chi phí xây dựng cho km cầu cạn đường cao tốc với mặt cắt ngang hoàn chỉnh (Bc = 24,25m) dự kiến 606 tỷ đồng/ km , mặt đất 220 tỷ/km Nếu xây dựng tuyến ĐBSCL với tỷ lệ tuyến cao/ tuyến mặt đất 60% / 40% chi phí đầu tư xây dựng trung bình km đường cao tốc 452 tỷ/ km; tỷ lệ 40% / 60% chi phí đầu tư xây dựng trung bình km đường cao tốc 374 tỷ/ km Đánh giá chung: Với phương án đề xuất sử dụng cầu cạn kết hợp với thiết kế tối ưu không sử dụng hầm chui dân sinh suất đầu tư xây dựng km đường cao tốc ĐBSCL nằm suất đầu tư số dự án hoàn thành, hồn tồn manh tính khả thi lợi ích lâu dài, bền vững cho dự án Page: 20 XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN QUÝ VỊ ĐÃ LẮNG NGHE!