Công nghệ thi công cầu bằng phương pháp lắp hẫng

Công nghệ thi công cầu bao gồm khá nhiều phương pháp như: lắp ghép, đà giáo di động, đúc hẫng, ........ trong đó có phương pháp lắp hẫng.Hiện tại tuyến metro Bến Thành Suối Tiên đang áp dụng phương pháp lắp hẫng như giáo trình đề cập.Chúc các bạn học tập vui vẻ.

Chương 4 XÂY DỰNG KẾT CẤU NHỊP TOÀN KHỐI

4.1 THI CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮP HẪNG VÀ BÁN HẪNG

4.1.1 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA PP LẮP HẪNG VÀ BÁN HẪNG

Để thi công cầu khung T, khung T nhịp đeo, mút hẫng người ta dùng phương pháp lắp hẫng, bán hẫng

4.1.1.1 Ưu điểm:

 Không cần đà giáo hoặc cần ít đà giáo  giảm vật liệu phục vụ thi công

 Diện công tác trên công trường có thể mở rộng được do đó trên công trường rút ngắn được thời gian thi công toàn cầu

4.1.1.2.Nhược điểm:

 Yêu cầu nhân công có tay nghề giỏi

 Trong qúa trình lắp dầm cần điều chỉnh dầm

 Những chú ý khi lắp cầu theo phương pháp bán hẫng và hẫng

 Đối trọng khi lắp dầm phải đảm bảo ổn định cho toàn bộ kết cấu nhịp và từng bộ phận kết cấu nhịp

 Mối nối giữa các khối lắp ghép có thể là mối nối khô, mối nối ướt và cốt thép dự ứng lực phải đảm bảo đúng yêu cầu thiết kế đề ra

Hình 4.1 Sơ đồ lắp bán hẫng và lắp hẫng cân bằng

b)

a)

Hình 4.2 Sơ đồ lắp bán hẫng (a) và lắp hẫng cân bằng (b)

4.1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP LẮP HẪNG VÀ BÁN HẪNG

Hình 4.3 Sơ đồ (I-III) Lắp mút thừa

1 Cần trục; 2 Khối lắp; 3 Vị trí hợp long; 4 Đồ bao vật liệu (kéo thép);

2 5 Biểu đồ mômen; 6 Dầm treo

Phương pháp lắp hẫng có thể bắt đầu một phía với các khối lắp sẵn trên

đà giáo, hoặc lắp hẫng cả hai phía cân đối hai bên trụ cầu Phương pháp lắp hẫng đặc biệt thuận lợi đối với kết cấu nhịp chỉ chịu lực một dấu dưới tác dụng của tải trọng khai thác cũng như lúc kết cấu nhịp chịu tải trọng của bản thân trong quá trình thi công Đó là loại cầu mút thừa, cầu khung chữ T, chủ yếu chịu mômen âm, với các bó cốt thép ứng suất trước bố trí tại thớ trên của cánh hẫng ( hình 4.3) Kết cấu nhịp được phân bố theo chiều ngang thành từng khẩu

và chế tạo trong các nhà máy bê tông đúc sẵn hoặc đúc ngay tại hiện trường Tùy điều kiện thực tế thi công, các khẩu dầm được vận chuyển bằng nhiều phương tiện khác nhau đến vị trí công trường và dùng cần trục tiến hành lắp ráp, đồng thời bố trí cốt thép ứng suất trước vào rãnh hở hoặc ống vách kín để kéo căng và liên kết các khối lại với nhau Trong giai đoạn này cốt thép chỉu chịu tải trọng bản thân của phần dầm đã lắp và những tải trọng tạm thời phục vụ thi công như trọng lượng giàn giáo treo, tải trọng người và thiết bị Phương pháp lắp hẫng rất phù hợp với cầu dầm cánh T có nhịp đeo lắp ghép

Đối với cầu nhiều nhịp, thường lắp hẫng các khẩu dầm từng đôi một cân xứng 2 bên trụ cầu để tránh không gây mômen trong thân trụ Quá trình lắp ráp phải đảm bảo ổn định trong mọi tình huống, kể cả khả năng lệt tải do khối lượng hai cánh mút thừa không cân bằng, do tải trọng gió, hoặc do đặt cần trục

và các thiết bị khác trên cánh mút thừa Phương pháp lắp hẫng đối xứng thích hợp khi thi công cầu khung chữ T

Hình 4.4 Trụ tạm

1 Khối đỉnh trụ; 2 Nêm; 3 Vai đỡ tạm; 4 Trụ cầu; 5 Thép hình;

I-VI Thứ tự lắp các khối

Đối với dầm mút thừa và liên tục kê trên các gối khớp tất nhiên khi lắp hẫng sẽ gặp khó khăn và phức tạp hơn Để có thể áp dụng phương pháp lắp hẫng đối xứng cần phải mở rộng trụ như hình 4.4a, hoặc thêm trụ tạm như hình 5.18b Kết cấu tạm sẽ chịu tải trọng khối lắp và thiết bị tùy theo trình tự lắp ráp

Ở nước ta phương pháp lắp hẫng đối xứng đã được áp dụng để thi công

ba cầu khu T có dầm đeo cho cầu Rào, cầu Niệm và cầu An Dương ở Hải Phòng

Những năm gần đây phương pháp lắp hẫng đối xứng được dung để thi công cầu dầm liên tục, nhịp từ 84m trở lên Phần kết cấu nhịp gần trụ vì thớ trên chịu kéo nên có thể thi công bằng phương pháp lắp hẫng đối xứng Còn phần giữa nhịp, thờ dưới chịu kéo, nên bố trí thành một phiến tương tự nhịp treo Cánh mút thừa và các khối giữa sẽ khớp nhau bằng các bó cốt thép chịu mô men dương

Khi chia kết cấu ra từng khối, người ta có thể phân theo chiều dọc hoặc chiều ngang cầu tùy thuộc khả năng phương tiện vận chuyển và cẩu lắp xây dựng cầu nhịp lớn khối lượng mổi khối lên đến 150-1800 kN, hợp lý nhất là

4.1.3 CẦN TRỤC VÀ KỸ THUẬT LẮP HẪNG

Các khẩu dầm BTCT có thể lắp bằng cần trục cổng ( cần trục chân dê) hoặc cẩn trục nổi đi dưới cầu dọc theo chiều lắp ghép ( hình 4.5) Cũng có thể dùng cần trục có cần hoặc cần cẩu đặc biệt, di chuyển trên mặt các khối đã lắp ráp nối để lắp hẫng các khối khác

Hình 4.5 Lắp treo bằng cần trục cổng

1-12 Thứ tự khối lắp; 13 Cần trục 450 KN; 14 Goòng chở; 15 Cầu tạm

Cần trục cổng đi trên đường ray đặt trên bãi sông hoặc cầu tạm, có thể lắp ở độ cao đến 25m Khi nước sông khá sâu có thể dùng cần trục Đerích, cần trục tự hành, đặt trên hệ nổi, hoặc do các loại cẩu nổi đặc biệt Cần trục cổng và cần trục nổi thường chỉ lắp được các khối có trọng lượng tối đa 650 kN

Phương pháp lắp hẫng có thể dùng cần trục đặc biệt có tên là tổ hợp lắp hẫng, đơn vị thi công có thể tự chế tạo được

Hình 4.6 Tổ hợp lắp hẫng

22 Thứ tự khối lắp; 23 Xà nâng; 24 Tồi; 25 Chân xe lao; 26 Dầm ngang;

27 Dầm mút thừa; 28 Chốt xoay; 29 Đường xoay ngang;

30 Đường dọc; 31 Bộ phận giữ

Hình 4.6 giới thiệu cấu tạo một loại tổ hợp lắp hẫng, gồm 2 dầm đặc mút thừa dài 19,3m, trên có xe goòng để nâng hạ khối lắp ráp Dầm mút thứa có thể quay ngang quanh một chốt đứng Tổ hợp có bánh xe chạy treo đường ray đặt trên các khối đã lắp Nâng hạ các khối dầm bằng tới và di chuyển cả tổ hợp bằng mô tơ điện Trọng lượng cả tổ hợp nặng 400 kN và được đặt lên đỉnh trụ bằng cần trục nổi có sức nâng 450 kN Đỉnh trụ phải đủ rộng (7m) để đặt tổ hợp lắp hẫng loại này

Hình 4.7 giới thiệu cấu tạo một kiểu tổ hợp khác dạng cổng, có bánh xe chạy trên đường ray Trên đỉnh cổng có khung dầm mút thừa dài 17,2m Đầu mút thừa đặt tời nâng hạ và giá treo, còn đầu kia đặt đối trọng Toàn bộ trọng lượng tổ hợp nặng tới 700 kN và có thể lắp được nhịp dài trên 100m ( đến 160m) Bề rộ mặt trên khối hộp phải lớn hơn 4m Bề rộng đỉnh trụ cầu phải rộng 5m để đủ chỗ lắp tổ hợp

Phương pháp lắp hẫng cầu BTCT gồm các thao tác công nghệ sau: Vận chuyển các khối đến dưới cần trục, nâng và ráp các khối vào vị trí, liên kết các mối nối ngang, luồn và căng kéo bó cốt thép, nhồi bê tông hoặc bơm vữa vào ống cốt thép bảo dưỡng Nội dung thực hiện các thao tác đó tùy thuộc vào đặc điểm kết cấu, điều kiện thi công trang thiết bị và hời hạn xây dựng cầu

Hình 4.7 Tổ hợp lắp hẫng kiểu cổng

1 Bàn điều khiển; 2 Kích thủy lực; 3 Xe lao; 4 Giàn giáo treo; 5 Vị trí kích;

6 Khối dầm; 7 Ba lang xích; 8 Xe tự hành;

9 Đường cần trục; 10 Cánh mút thừa

Hình 4.8 Tổ hợp lắp hẫng kiểu cổng

Ở trên cạn khối được vận chuyển bằng xe goòng Vận chuyển trên sông bằng xà lan hoặc phao chế tạo sẵn, sau đó dung cần trục nâng lên và đưa vào vị trí ( hình 4.9) để liên kết

Mối nối ướt giữa các khối rộng từ 2 đến 3 cm Để bảo đảm bề rộng mối nối chính xác, khối lắp được treo vào dầm hẫng bằng thép hình, một đầu liên kết với khối bê tông đã lắp trước ( hình 5.25), một đầu treo khối lắp bằng bulông và giữ đến khi vữa xi măng ở mối nối đạt cường độ, sau đó luồn và căng

bó cốt thép dọc

Trường hợp mối nối bằng keo dán, sau khi cẩu tới độ cao, gần vị trí thiết

kế, mặt tiếp xúc được quét đều một lớp keo rồi dung thiết bị đặc biệt ép chặt vào khối đã lắp, đặc biệt lưu ý phần dưới tiết diện Liên kết bằng keo dán sẽ chắc chắn, nhanh gọn và ít khó khăn hơn so với mối nối bằng bê tông tươi

Khi ráp nối dùng bản nối và bu lông tinh chế để chốt Phương pháp lắp hẫng thường dùng các bó cốt thép cường độ cao đặt trong rãnh hở hoặc kín Với

bó cốt thép sợi song song có thể dùng neo kiểu khối ( dầu neo) sẽ hiệu quả hơn Với bó cáp xoắn, nên căng kéo đồng thời cả hai đầu và dùng neo kiểu chốt ma sát ( cóc neo)

Hình 4.9 Liên kết các khối

1 Ba lăng và đòn nâng; 2 Dầm mút thừa; 3 Bản thép điều chỉnh; 4 Thép ƯST;

5 Đệm BTCT giữ bề dày mối nối; 9 Khối đá lắp;

10 Dầm đỡ dưới; 11 Khối lắp

Hình 4.10 Mối liên kết khối

a Bằng mặt bích; b Bằng dầm phụ

1 Khối đã lắp; 2 Mặt bích trên; 3 Khối đang lắp; 4 Mối nối;

5 Mặt bích dưới; 6 Bản liên kết; 7 Bộ phận liên kết mặt bích;

8 Neo bulông; 9 Dầm thép; 10 Bulông

Hình 4.11 Các ụ neo dùng dể liên kết các khối dầm lắp ghép

4.1.4 PHƯƠNG PHÁP LẮP TRÊN GIÀN GIÁO

Trong phương án này các khối dầm BTCT được lắp ngay tại nhịp Muốn vậy phải làm giàn giáo và vận chuyển các khối tới vị trí lắp Phương án này thường được dùng khi xây dựng giàn giáo không gặp khó khăn chẳn hạng đất nền tốt, song không

có thông thương hoặc mật độ thông thường ít Đối với những nhịp giữa song hoặc cầu nhịp lớn, dung giàn giáo thi công thường rất phức tạp Vì vậy việc lắp trên giàn giáo chỉ thích hợp cho các nhịp ở hai bờ song hoặc trên cạn ( hình 4.12)

Hình 4.12 Lắp kiểu mút thừa

1 Cọc; 2 Cầu tạm; 3 Cần trục long môn; 4 Neo mút thừa;

5 Mút thừa trong sông; 6 Xe lao; 7 Giàn giáo bằng thanh vạn năng

Để lắp ráp các khối phải dùng cần trục đi trên cầu tạm ( các khối của nhịp giữa sông dùng các phương tiện khác đẩ lắp) Vận chuyển các khối trong

bờ bằng đường goòng, các khối ở giữa sông vận chuyển bằng chở nổi

4.2 THI CÔNG TRÊN ĐÀ GIÁO DI ĐỘNG

Cấu tạo hệ dàn giáo khá nhẹ nhàng, việc đẩy đồng bộ hệ dàn giáo không cần thiết sử dụng quy mô hệ thống thiết bị đẩy với công suất cao

Việc thi công cầu không ảnh hưởng đến tĩnh không dưới cầu Đặc biệt phù hợp cho cầu trong thành phố với yêu cầu cao về vệ sinh môi trường và giao thông đô thị, phù hợp với loại khẩu độ nhịp trung bình và mặt bằng thi công chật hẹp, phương tiện giao thông đông đúc

Tiến độ thi công kết cấu nhịp là rất nhanh vì việc đúc các phân đoạn dầm hoàn toàn độc lập với quá trình lao lắp kết cấu nhịp (Kỷ lục về tiến độ đạt được trong thực tế thi công là 2 ngày/1 nhịp) Đảm bảo yêu cầu bê tông chất lượng cao

Khả năng sử dụng luân chuyển hệ dàn giáo cao và đặc biệt hiệu quả đối với cầu dài nhiều nhịp

Hình 4.13 Khả năng thi công cầu thẳng và cầu cong có bán kính cong nhỏ

nhất là 75m

4.2.1 CÁC TÍNH NĂNG CƠ BẢN CỦA CÔNG NGHỆ

Với đặc điểm trọng lượng hệ thống đà giáo nhẹ, dễ dàng tháo lắp trong quá trình thi công cùng với sự trợ giúp đặc biệt của hệ thống thủy lực, hệ thống nâng hạ, lao đẩy hoàn chỉnh, công nghệ lắp ghép phân đoạn dầm dưới hệ thống

đà giáo di động (LG – Launching Gantries) có những tính năng nổi bật sau:

Có khả năng sử dụng lại hệ thống thiết bị cho từng nhịp với chu trình công nghệ lặp đi lặp lại tạo sự vận hành thuần thục của nhân lực, thiết bị Do vậy đem lại sự chuẩn xác trong công nghệ, hiệu quả về kinh tế, đáp ứng năng suất và tiến độ công trình rất cao

Hệ thống đà giáo di động được lắp đặt trên các mố trụ đã thi công xong

và cứ tuần tự lắp xong từng nhịp lại lao lắp các nhịp tiếp theo Công nghệ này đảm bảo được khoảng không bên dưới cho các phương tiện lưu thông thủy, bộ đặc biệt là trong các thành phố lớn với mặt bằng thi công chật hẹp, phương tiện giao thông đông đúc, yêu cầu về môi trường đô thị cao

Dễ dàng áp dụng cho các cầu với các loại sơ đồ kết cấu nhịp giản đơn hay liên tục, các loại mặt cắt ngang hộp đơn hay hộp kép và các loại khẩu độ nhịp thông thường với chiều dài nhịp từ 3560m Chiều dài cầu thường được áp dụng từ 500m đến vài km Trong trường hợp chiều dài cầu lớn, có thể triển khai thi công nhiều mũi bằng việc bố trí thêm nhiều hệ thống đà giáo di động

Với đặc điểm thi công các phân đoạn dầm đúc sẵn được lao lắp dưới đà giáo vào vị trí, sau đó căng cáp DƯL liên kết các phân đoạn với nhau tạo thành kết cấu nhịp, do vậy thời gian thi công rất nhanh, chu trình thông thường thi công một nhịp trong thực tế đạt được là 2  3 ngày/1 nhịp

Hệ đà giáo có cấu tạo các chốt đặc biệt có khả năng thi công các cầu nằm trên đường cong với bán kính nhỏ nhất có thể áp dụng: Rmin = 75m Độ võng lớn nhất của hệ dầm chính: fmax = L/500 Trọng lượng lớn nhất của 1 phân đoạn dầm : Smax = 80T

4.2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÔNG NGHỆ

Hệ đà giáo di động dùng lao lắp các phân đoạn dầm (LG – Launching Gantries) được phân thành 2 loại dựa trên mối tương quan giữa cao độ hệ đà giáo và cao độ kết cấu nhịp :

Hệ đà giáo chạy trên (Overhead)

Hệ đà giáo chạy dưới (Underslung)

1 Hệ đà giáo chạy trên

Hệ đà giáo chạy trên là hệ đà giáo đặt cao bên trên kết cấu nhịp và truyền tải trọng của hệ đà giáo trực tiếp xuống kết cấu nhịp và đỉnh trụ Điểm đặc trưng của loại hình này là hệ giàn chính và mũi dẫn lao trên 2 dầm đỡ chính: Dầm đỡ sau đặt trên mặt cắt nhịp đã lao lắp phía trên đỉnh trụ, dầm đỡ trước đặt trực tiếp trên đỉnh trụ hoặc cũng đặt trên phân đoạn dầm đã lắp trước trên đỉnh trụ Các phân đoạn dầm khi lao lắp sẽ được treo dưới đà giáo bằng các thanh bar cường độ cao cho đến khi căng cáp DƯL liên tục các đốt dầm

Do hệ giàn chính và mũi dẫn chạy cao bên trên kết cấu nhịp nên ở hai đầu mũi dẫn trước và sau được cấu tạo các hệ kích chống đặc biệt xuống đỉnh trụ và kết cấu nhịp để phục vụ trong quá trình lao dọc đà giáo Với loại hình này, tĩnh không dưới cầu hoàn toàn được đảm bảo trong quá trình thi công

Dầm đỡ trước (cấu tạo cao hơn dầm đỡ sau) chống trực tiếp xuống xà

mũ trụ, các đốt dầm được lắp hết toàn bộ một nhịp và căng cáp dự ứng lực liên tục tạo thành nhịp cầu gối lên xà mũ trụ Do vậy xà mũ trụ phải đủ rộng để vừa

đỡ dầm đỡ trước vừa đỡ một đầu nhịp cầu

Hình 4.14 Hệ đà giáo chạy trên - Dầm đỡ trước đặt trên đỉnh trụ

Hình 4.15 Một số hình ảnh lắp hẩng bằng hệ đà giáo chạy trên

2 Hệ đà giáo chạy dưới

Hệ đà giáo chạy dưới là hệ đà giáo tựa trên các giá đỡ công son được mở rộng từ thân trụ, do vậy cao độ của hệ đà giáo có thể ngang bằng hoặc thấp hơn cao độ kết cấu nhịp Điểm đặc trưng của loại hình này là phải thi công các giá

đỡ công son mở rộng từ thân trụ làm điểm tựa cho hệ dầm chính và mũi dẫn lao phía trên Dầm chính có cấu tạo các tay đỡ tạo điểm tựa giữ các phân đoạn dầm khi lao lắp Các điểm tựa này có thể điều chỉnh vị trí và cao độ bằng kích và các tấm đệm để đảm bảo vị trí yêu cầu khi lao lắp và căng cáp DƯL liên tục các đốt dầm

Đối với hệ đà giáo chạy dưới, hệ dầm chính và mũi dẫn lao trực tiếp trên các bàn lăn đặt trên giá đỡ công son nên mũi dẫn phía trước có cấu tạo uốn cong lên theo chiều đứng từ 7o  10o để thuận tiện trong quá trình lao dọc khi mũi dẫn tiếp xúc vào bàn lăn Với loại hình này, tĩnh không dưới cầu bị hạn chế một phần do kết cấu giá đỡ công son mở rộng trụ và hệ đà giáo chạy dưới

Hình 4.16 Hệ đà giáo chạy dưới – Hệ dầm chính và mũi dẫn lao

trên giá đỡ công son mở rộng trụ

3 Chu trình công nghệ

Quá trình thực hiện công nghệ thi công dầm BTCT phân đoạn lắp ghép trên đà giáo di động dù là loại hình chạy trên hay chạy dưới đều phải tuân thủ nguyên tắc chung về chu trình thực hiện công nghệ như sau :

a Lắp đặt hệ đà giáo trên nhịp đầu tiên

Hệ đà giáo được lắp ráp ngay trên nhịp đầu tiên bằng cẩu và có thể sử dụng

hệ trụ đỡ tạm

b Tiến hành lao lắp các phân đoạn dầm

Các phân đoạn dầm đúc sẵn được vận chuyển ra công trường theo hướng lên từ phía sau mố hoặc theo đường chui dưới cầu hoặc sông Cổng trục chạy bên trên hệ đà giáo nhấc các đốt dầm vào vị trí và treo giữ trên đà giáo

c Căng cáp DƯL liên kết các phân đoạn dầm