chương IX:Thiết kế tổ chức thi công cầu dây văng

Hiện nay các dây văng thờng đợc làm bằng các tao thép sợi đặt song song cùng hệ neo kẹp băng các nêm 3 mảnh, các tao cáp đợc lắp đặt và căng từng sợi trên cơ sở công nghệ căng đơn.. Công

chơng IX:

Thiết kế tổ chức thi công cầu dây văng

I Đặc điểm thi công cầu dây văng

Cầu dây văng là một hệ liên hợp giữa dầm cứng chịu nén uốn và dây chịu kéo Các dây văng neo vào tháp cầu và một số điểm trên dầm cứng tạo thành các gối đàn hồi Dây truyền lực nén vào dầm chủ, tạo thành hệ không có lực đẩy ngang Hệ có dầm cứng chịu lực ngang tránh phải xây dựng các mố tốn kém và phức tạp , song cũng làm mất u điểm cơ bản của cầu treo về trình tự thi công Trong cầu treo Parabol, do dầm cứng không chịu nén nên dây cáp chủ đợc thi công trớc, sau đó dựa vào dây chủ mới thi công lắp đặt dầm cứng và hệ mặt cầu Công nghệ nh vậy không đòi hỏi phải dàn giáo, trụ tạm Ngợc lại trong CDV, do dây phải neo vào dầm cứng nên dầm phải lắp đặt trớc, sau đó mới lắp dây

CDV thơng vợt đợc khẩu độ dài và rất dài, bản thân dầm khi cha lắp dây lại rất mềm, mảnh, không chịu đợc trọng lợng bản thân nếu không có các công trình chống đỡ hoặc hỗ trợ, do đó việc lắp đặt dầm chủ thờng đợc thực hiện theo các công nghệ lắp ráp của hệ dầm liên tục có chú ý tới độ mảnh của dầm chủ CDV Hiện nay với sự hoàn thiện của công nghệ thi công hẫng, việc lắp đặt và đúc các nhịp CDV lớn, nhỏ băng thép, BTCT hoàn toàn không gặp trở ngại nào đáng kể

Trớc đây việc lắp đặt và căng chỉnh các dây văng dài và có kích thớc, trọng lợng lớn, hai đầu lại cố định băng hai khối neo đúc cũng là vấn đề phức tạp Hiện nay các dây văng thờng đợc làm bằng các tao thép sợi đặt song song cùng hệ neo kẹp băng các nêm 3 mảnh, các tao cáp đợc lắp đặt và căng từng sợi trên cơ sở công nghệ căng đơn Với cấu tạo nh vậy việc lắp đặt và căng chỉnh dây văng trở thành rất dơn giản và điều đó cũng góp phần quan trọng trong việc ứng dụng rộng rãi CDV trên thế giới

Thi công CDV chủ yếu tập trung vào ba hạng mục:

• Thi công tháp cầu

• Thi công dầm chủ

• Lắp đặt và căng điều chỉnh dây

Với cầu cụ thể đã thiết kế kỹ thuật ta tiến hành thiết kế thi công nh sau:

1 Thi công tháp cầu

Tháp cầu bằng BTCT do kết cấu nặng nề nên thờng thi công toàn khối Ta cần quan tâm nhất đến công tác ván khuôn và đổ bê tông

1.1 Công tác ván khuôn

Trong thi công tháp cầu băng BTCT ta có thể dung ván khuôn trợt hoặc ván khuôn leo

ở đây ta chọn loại ván khuôn trợt

Ván khuôn trợt gồm một khung chịu lực băng thép ôm quanh thân cột trụ

và ván khuôn băng thép bản dày khoảng 4 – 5 mm hàn liền với khung thành một khối thông nhất

Tuỳ theo kích thớc khung, bản ván khuôn có thể đợc tăng cờng bằng các

s-ờn dọc và ss-ờn ngang Chiều cao một đốt ván khuôn thép khoảng 1 – 1,5 m Toàn

bộ khung đợc lắp đặt quanh cột tạo thành một đốt đổ bê tông Phần trên khung bố trí cơ cấu nâng Cơ cấu nâng gồm các thanh tựa bằng thép đờng kính khoảng 25 – 30 mm chôn thẳng đứng quanh thân cột cách nhau 2 – 3 m tạo thành các

điểm đỡ ván khuôn trong quá trình đổ bê tông và điểm tỳ kích trong quá trình

tr-ợt Các kích để nâng trợt ván khuôn thờng là kích răng hoặc kích dầu dạng ống

Đầu dới kích tựa trên một bàn đỡ gắn với thanh tựa băng liên kết di động một chiều theo hớng lên, đầu trên tỳ vào khung ván khuôn Khi hoạt động các kích tỳ

đầu dới vào thanh đỡ, nâng toàn bộ khung và ván khuôn lên vị trí công tác mới Sau mỗi lần đổ bê tông, tuỳ theo tốc độ ninh kết, khi bê tông phần cân tháp vừa đủ đông cứng, có thể trợt ván khuôn lên vị trí mới

Để giảm bớt ma sát, tạo thuận lợi cho việc thi công trợt, mặt ván thép có thể dán một lớp Phoóc mi ca dày 2 – 3 mmm

1.2 Công tác bê tông

Bê tông đợc cấp băng cách bơm trực tiếp băng máy bơm thuỷ lực qua ống thép nối từ trạm lên vị trí cần đổ Với các máy bơm hiện hành có thể bơm cao lên tới 150 m Trờng hợp khối lợng bê tông không qua lớn có thể dùng loại cẩu tháp, cẩu xích, cẩu chân cứng đặt trên các giá di động để cấp bê tông Trờng hợp dùng

hệ dàn giáo để thi công cốt thép và ván khuôn thì có thể sử dụng hệ dàn giáo và

hệ tời để cầu bê tông thi công trụ tháp

1.3 Các bớc thi công:

 Bớc 1:

- Chuẩn bị các thiết bị phục vụ công tác thi công tháp

- Dùng xe cẩu có gắn giá búa đứng trên xà lan tiến hành đóng khung định vị

và vòng vây cọc ván thép

- Tiến hành bơm cát vào vòng vây làm đảo nhân tạo để tạo mặt bằng thi công

- Xác định vị trí các tim cọc, chuẩn bị thi công cọc khoan nhồi

 Bớc 2:

- Tập hợp máy móc thiết bị chuẩn bị công tác khoan cọc

- Dùng máy khoan tạo lỗ rồi tiến hành hạ ống vách thép

- Khoan đến cao độ thiết kế, vệ sinh hố khoan

- Hạ lồng cốt thép, đổ BT cọc khoan nhồi bằng phơng pháp rút ống thảng

đứng

 Bớc 3:

- Đào đất và vét bùn cát trong vòng vây cọc ván đến cao độ đáy lớp bê tông bịt đáy

- Tiến hành đổ bê tông bịt đáy bằng phơng pháp vữa dâng

 Bớc 4:

- Hút nớc trong hố móng khi bê tông bịt đáy đủ cờng độ

- Đập đầu cọc, cắt bỏ phần ống vách thép thừa dọn mặt bằng hố móng

 Bớc 5:

- Bố trí ván khuôn và cốt thép

- Đổ BT bệ móng

 Bớc 6:

- Dùng hệ thanh vạn năng YUKM làm đà giáo, dựng ván khuôn bố trí cốt thép

đổ BT phần chân tháp đến cao độ xà ngang dới

- lắp dựng dàn dáo thi công xà ngang dới

 Bớc 7:

- Lắp đặt hệ thống ván khuôn trợt chuẩn bị thi công thân tháp

- Dựng ván khuôn, bố trí cốt thép đổ BT đốt đúc (ván khuôn cao 4m, phần liên kết với đốt trớc1m, chiều dài đốt đúc 3m)

- Khi bê tông đốt đúc đủ cờng độ cho phép, di chuyển ván khuôn đến vị trí mới nhờ hệ thống kích tì lên các thanh thép chôn sẵn

- Bố trí cốt thép đổ BT đốt đúc

- Lặp lại các bớc cho đến cao độ xà ngang trên

 Bớc 8:

- Dựng ván khuôn xà ngang trên nhờ các thanh I 400 chôn sẵn

- Bố trí cốt thép đổ BT xà ngang

- Khi thi công song xà ngang trên tiến hành đa ván khuôn trợt vào vị trí, chuẩn

bị thi công đỉnh tháp

- Thi công đỉnh tháp bằng ván khuôn trợt nh phần thân tháp

2 Thi công mố cầu:

Việc thi công mố CDV không khác nhiều so với các cầu hiện đại thông th-ờng nh cầu nhịp giản đơn, cầu đúc hẫng

Các bớc thi công chủ yếu cho mố cầu chữ U áp dụng cho cầu này nh sau:

 Bớc 1:

- San ủi dọn mặt bằng công trờng

- Tập hợp máy móc, thiết bị, vật liệu chuẩn bị thi công mố

 Bớc 2:

- Xác định vị trí tim mố, vị trí tim cọc

- Dùng máy khoan tạo lỗ cọc khoan nhồi, hạ ống vách thép

- Tiếp tục khoan đến cao độ thiết kế, vệ sinh hố khoan

- Hạ lồng cốt thép

- Đổ bê tông cọc bằng phơng pháp rút ống thẳng đứng

 Bớc 3:

- Dùng máy xúc kết hợp nhân lực đào đất hố móng đến cao độ đáy bệ thiết kế

- Đập đầu cọc, vệ sinh hố móng

- Rải đá hộc đổ bê tông lớp lót

 Bớc 4:

- Bố trí cốt thép dựng ván khuôn bệ mố

- Đổ bê tông bệ mố

 Bớc 5:

- Bố trí cốt thép dựng ván khuôn thân mố và cốt thép tờng cánh

- Đổ bê tông thân mố và tờng cánh đến cao độ đá kê gối

 Bớc 6:

- Bố trí cốt thép, dựng ván khuôn phần còn lại

- Đổ bê tông

 Bớc 7:

- Tháo dỡ các thiết bị

- Đắp đất sau mố và thi công phần bản quá độ, hoàn thiện mố

3 Thi công kết cấu nhịp:

3.1 Tổng quan phơng án thi công:

- Với cầu dây văng khoang nhỏ ( < 10 – 15 m ) thì phơng pháp thi công hẫng có nhiều u điểm, đặc biệt với các cầu nhịp lớn, sông sâu, dới sông cần đảm bảo giao thông thuỷ

- Do vật liệu thiết bị có thể cung cấp từ 2 bờ bằng cách vận chuyển theo đ-ờng tạm tới tháp nên ta chọn hớng thi công:

+ Thi công theo phơng pháp đúc hẫng cân bằng đối xứng từ tháp ra

+ Thi công đồng thời từ hai tháp ra

3.2 Các bớc thi công:

 Bớc 1:

- Mở rộng tháp bằng các thanh I 400 chôn sẵn

- Lắp đặt ván khuôn trên đà giáo mở rộng trụ, bố trí cốt thép của đốt

- Đổ bê tông 2 khoang dầm đầu tiên và lắp đặt 2 dây đầu tiên

- Tiến hành liên kết cứng tạm thời các đốt dầm vào tháp bằng các gối tạm và các thanh cờng độ cao

 Bớc 2:

- Lắp đặt các xe đúc hẫng trên hai đầu của các đốt đúc trên đà giáo mở rộng

- Lắp dựng ván khuôn treo trên xe đúc và bố trí cốt thép

- Đổ bê tông các đốt đối xứng qua trụ tháp

- Lắp dây văng và tiến hành căng kéo, điều chỉnh nội lực các dây theo kết quả của bài toán điều chỉnh nội lực đã tính toán

- Lặp lại các bớc trên đến khi chuẩn bị hợp long nhịp giữa

- Neo đầu dầm vào gối neo tại hai mố

- Tháo dỡ các liên kết tạm, đà giáo mở rộng trụ để chuẩn bị hợp long nhịp giữa

- Di chuyển một xe đúc vào vị trí của đốt hợp long còn xe đúc kia ta dỡ bỏ

- Lắp dựng ván khuôn, bố trí cốt thép và tiến hành đổ bê tông đốt hợp long

- Sau khi hợp long nhịp giữa đợi bê tông đủ cờng độ yêu cầu ta cần tiến hành căng kéo lại hai dây văng giữa nh đã nói trong phần điều chỉnh nội lực, việc căng kéo này cũng theo trị số tính toán nh bài toán điều chỉnh nội lực

 Bớc 3:

- Thi công lớp phủ mặt cầu ( lớp phòng nớc, lớp bê tông bảo vệ, lớp bê tông át phan ), vỉa hè, lan can và các công trình phụ khác

- Kiểm tra các yếu tố hình học của cầu, kiểm tra hệ neo dây

3.3 Việc lắp đặt và căng chỉnh các dây văng làm từ các tao cáp 7 sợi có đặc điểm sau:

- Mỗi bó dây gồm nhiều tao cáp 7 sợi đặt song song, mỗi tao đợc neo riêng vào một lỗ trong ổ neo, nên các tao có thể lắp đặt riêng từng sợi Mỗi tao cáp gồm 7 sợi nhỏ trọng lợng nhẹ nên có thể lắp trực tiếp không cần dàn giáo, hơn nữa với hệ neo kẹp thì không cần chế tạo đầu neo trớc nên không cần cắt chính xác mà có thể cắt dài tuỳ ý, do đó việc xỏ dây có độ dài lớn qua lỗ neo rất đơn giản

- Các tao cáp đợc lắp từng sợi, thông thờng lắp đàu trên trớc, đầu dới sau, lắp xong tao nào tiến hành căng sơ chỉnh và đóng neo tao đó Khi căng các tao sau cần xét tới ảnh hơng mất mát ứng suất của các tao trớc nhằm tạo đợc lực căng

đông đều trong các tao Sau khi căng tất cả các tao, việc vi chỉnh đợc thực hiện bằng cách căng cả bó

- Việc khống chế căng từng tao và tạo lực đồng đều trong các sợi có thể áp dụng công nghệ căng đơn của Freyssinet

- Lực căng từng tao và từng bó cần đúng chỉ dẫn của thiết kế

- Việc khống chế lực căng thực tế trong các bó đợc thực hiện băng nhiều cách để kiểm tra kết quả của nhau

- Các biện pháp định lợng lực căng có thể nh sau:

+ Theo chỉ số đo lực trên kích

+ Độ dãn dài của bó cáp khi căng

+ Gắn Tensơ đo lực lên bó dây

Các Tensơ có thể thông báo kết quả của sự thay đổi nội lực của các bó kéo trớc khi căng các bó kéo sau, đông thời cũng cho biết sự thay đổi nội lực trong từng dây khi căng điều chỉnh nội lực

ii Tính toán thi công:

1 Tính chiều dày lớp bê tông bịt đáy:

- Sau khi đóng cọc mới đổ bê tông bịt đáy, nên chiều dày lớp bê tông bịt

đáy đợc tính theo công thức sau:

( * n * k * u *[ ] )* m

H h

BT BT

τ +

Ω γ

Ω

=

Trong đó :

Ω - Diện tích đáy hố móng, Ω = 10 27 = 270 (m2)

K - Số lợng cọc, K = 16

u - Chu vi cọc, u = 3,14 (m)

[ ]τ - Lực trợt giới hạn giữa bê tông bịt đáy và thành cọc,

[ ]τ = 2 (kg/cm2)

m - Hệ số điều kiện làm việc của cọc, m = 0,9

n – Hệ số ma sát giữa đất và cọc, n=0,9

H - Chiều cao của cột nớc

Hnớc = 1,5 + 1,5 = 3 m

1,5 Chiều cao của mực nớc thi công đến đáy bệ

1,5 Chiều dầy giả định của lớp bê tông bịt đáy

Nh vậy:

9 , 0 2 14 , 3 16 270

9 , 0 5 , 2

3 270

= +

=

bt

Vậy chọn hBT = 1,5 (m)

- Tiến hành đổ bê tông bịt đáy theo phơng pháp vữa dâng

- Bán kính hoạt động của mỗi ống là R = 2 m

- Diện tích hoạt động của mỗi ống là:

F = Π R2= 3,14 22 = 12,57 ( m2)

Số ống cần thiết để bố trí đổ bê tông bịt đáy là:

21 , 5

57 , 12

270

=

=

Vậy ta chọn n = 25 ống, mỗi ống cách nhau 2 m

2 Tính toán ván khuôn thi công tháp:

- Ván khuôn thi công tháp dùng ván khuôn thép

- Cấu1 tạo của ván khuôn thép đơn giản hơn ván khuôn gỗ, yêu cầu của ván khuôn thép là sử dụng đợc nhiều lần, ghép đợc nhiều dạng khuôn cho các kết cấu khác nhău

- Ván khuôn đợc ghép từ các tấm ván đơn phẳng và cong Các tấm ván đơn

đợc chế tạo sẵn với kích thớc đã định và thống nhất Kích thớc ván khuôn càng nhỏ thì tính linh hoạt càng cao, ta có thể ghép đợc nhiều kiểu khuôn, nhng công lắp dựng chi phí nhiều hơn và nhiều chi tiết sẽ tăng mức độ phức tạp khi lắp ghép

- Ngợc lại khi kích thớc ván khuôn lớn thì cấu tạo của ván khuôn đơn giản, gọn gàng, lắp dựng nhanh nhng sẽ khó có thể ghép thành nhiều loại khuôn khác nhău

- Vì vậy ta cần chọn một kích thớc phù hợp đáp ứng đợc mục tiêu vạn năng, gọn nhẹ, tận dụng vật t và lắp dựng nhanh

- Trên cơ sở nghiên cứu các dạng kết cấu đổ bê tông tại chỗ của công trình cầu ta có thể thiết kế tối u đợc kích thớc chế tạo của bộ ván thép đơn

- Thông thờng các tấm ván thép đơn có kích thớc

750 x 1250: 1250 x 1500

- Ván thờng dùng tôn dầy 2,5 – 4 mm xung quanh cạp mép bằng cách hàn vào khung thép góc hoặc thép chữ C Bên trong hàn vào các sờn tăng cờng ngang

và dọc bằng thép dẹt chiều dầy 5 – 8 mm và chiều rộng bản 50-80mm Các sờn

xẻ rãnh răng lợc để có thể cài vào nhăuvà hàn lại

- Trên các cạnh mép ván khoan các lỗ khoan đờng kính 20mm1 , bố trí theo

cự ly 50 cm để liên kết các tấm đơn thành khuôn khi ghép các khe ghép này phải

đệm gioăng để không chảy mất nớc hồ xi măng của vữa

- Ván khuôn dùng để đúc tháp là loại ván khuôn thép đợc đặt dọc theo chiều cao của tháp nên ta tính toán theo ván lát đứng

2.1 Tính ván lát đứng.

 Xác định áp lực vữa lên 1m ván thành

- chiều cao tác dụng của vữa

H = 4 h0 h0 – tốc độ đổ vữa trong 1 giờ

h0 = 0,3 m

H = 1,2 m

- Công thức xác định áp lực vữa lên ván đứng

Pmaxtt = n(q +γR)

Trong đó

R – bán kính tác dụng của đầm, khi dùng đầm dùi R = 0,7m

γ - trọng lợng thể tích của vữa bê tông 2400 kg/m3

n –hệ số vợt tải = 1,3

q – các tải trọng trên mặt bê tông gồm lực đầm, ngời và thiết bị, vữa rơi

Trọng lợng ngời và thiết bị = 250 kg/m2

Tải trọng do đầm vữa = 200 kg/m2

Tải trọng do vữa rơi = 200 kg/m2

q = 650 kg/m2

- Thay số ta đợc : Pmaxtt = 3029 kg/m2

Từ hình vẽ ta tính đợc Ptđ = 1839,5 kg/m2

- Khoảng cách giữa các nẹp ngang d = 0,7 m

Mô men tính cho 1 m chiều rộng ván a = 1 m

- Ta thấy H = 1,2 > d = 0,7 m do vậy áp dụng công thức său để tính toán:

Mtt =

10

.a d2

P td =

10

7 , 0 1 5 ,

= 90,136 kgm

- Theo công thức sác định chiều dầy ván lát:

δ = 3 3

60

136 , 90 12

12

=

R

M tt

= 2,62 cm Chọn chiều dầy δ = 3 mm

Đặc trng hình học của ván:

=

=

=

12

03 , 0

* 1 12

b

6

03 , 0 1 6

=

= δb

E - Mô duyn đàn hồi của thép, E = 1950000 (kg/cm2)

f =

J E

d a

P td

127

4

10 225 10 1950000

127

7 , 0 1 5 , 1839

− = 7,9.10-5 m = 0.0079cm

fcho phép = 0,175 cm

Đạt về độ võng

10 00015 , 0

10 136 , 90

Ư =

W

M tt = 60 kg/cm2 < R = 80 kg/cm2

Đạt về cờng độ

Các ván dọc gối lên các thanh nẹp ngang, bên ngoài các thanh nẹp ngang là các thanh ốp dọc để chống ván, cự li các thanh ốp dọc này chính là khẩu độ tính toán của ván

Cự li các thanh ốp dọc lấy t = 0,8 m

áp lực tác dụng lên nẹp ngang là phản lực gối phân bố của ván lát đứng nằm trong khoảng 2 x d chuyền lên

áp lực này xác định theo công thức:

r =

d

H d

H

P td .( − 0 , 25 ) =

7 , 0

) 2 , 1 25 , 0 7 , 0 (

2 , 1 5 ,

Mô men uốn nẹp ngang xác định theo công thức

Mtt =

10

8 , 0 4 , 1261 10

=

t

Chọn kích thớc thanh nẹp ngang là 8 x 10 cm

Đặc trng hình học:

W = 8.102/6 = 133,33 cm3

ơ = Mtt / W = 8073/133,33 = 60,5 kg/cm2 < 80 kg/cm2

Đạt

2 Tính toán ván khuôn thi công:

- Ván khuôn thi công dùng ván khuôn gỗ

- Ván khuôn đợc lắp ghép theo chiều đứng, bên ngoài có các nẹp ngang, các nẹp ngang kê trên các nẹp đứng

2.1 Tính ván lát đứng.

Xác định áp lực vữa lên 1m ván thành

- Chiều cao tác dụng của vữa

H = 4 h0 h0 – tốc độ đổ vữa trong 1 giờ

h0 = 0,3 m

H = 1,2 m

- Công thức xác định áp lực vữa lên ván đứng

Pmaxtt = n(q +γR) Trong đó

R – bán kính tác dụng của đầm, khi dùng đầm dùi R = 0,7m

γ - trọng lợng thể tích của vữa bê tông 2400 kg/m3

n –hệ số vợt tải = 1,3

q – các tải trọng trên mặt bê tông gồm lực đầm, ngời và thiết

bị, vữa rơi

Trọng lợng ngời và thiết bị = 250 kg/m2

Tải trọng do đầm vữa = 200 kg/m2

Tải trọng do vữa rơi = 200 kg/m2

q = 650 kg/m2

- Thay số ta đợc : Pmaxtt = 3029 kg/m2

Từ hình vẽ ta tính đợc Ptđ = 1839,5 kg/m2

- Khoảng cách giữa các nẹp ngang d = 0,7 m

Mô men tính cho 1 m chiều rộng ván a = 1 m

- Ta thấy H = 1,2 > d = 0,7 m do vậy áp dụng công thức său để tính toán:

Mtt =

10

.a d2

P td =

10

7 , 0 1 5 ,

= 90,136 kgm

- Theo công thức sác định chiều dầy ván lát:

δ = 3 3

60

136 , 90 12

12

=

R

M tt

= 2,62 cm Chọn chiều dầy δ = 3 cm

Đặc trng hình học của ván:

=

=

=

12

03 , 0

* 1 12

b

6

03 , 0 1 6

=

= δb

E - Mô duyn đàn hồi của gỗ, E = 0,12.106(kg/cm2)

f =

J E

d a

P td

127

4

10 25 , 2 10 12 , 0 127

7 , 0 1 5 , 1839

− = 1,29.10-3 m = 0.129cm

fcho phép = 0,175 cm

Đạt về độ võng

10 00015 , 0

10 136 , 90

Ư =

W

M tt = 60 kg/cm2 < R = 80 kg/cm2

Đạt về cờng độ.

2.2 Tính toán nẹp ngang:

Các ván dọc gối lên các thanh nẹp ngang, bên ngoài các thanh nẹp ngang là các thanh ốp dọc để chống ván, cự li các thanh ốp dọc này chính là khẩu độ tính toán của ván

Cự li các thanh ốp dọc lấy t = 0,8 m