Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công cầu vòm ống thép nhồi bê tông bằng hệ thiên tuyến tại dự án cầu đông trù

Chúng ta đã thi công được nhưng cầu Dây Văng lớn như cầu Cần Thơ, cầu Mỹ Thuận, cầu Bãi Cháy… nhưng cầu đúc hẫng cân bằng với khẩu độ lớn như cầu Thanh Trì, cầu Vĩnh Tuy… Để tiếp tục khẳ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 : 7

TỔNG QUAN VỀ CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 7

1.1 Giới thiếu về kết cấu Ống thép nhồi bê tông 7

1.1.1.Hình dáng và chủng loại 7

8

1.1.3.Ưu điểm của kết cấu ống thép nhồi bê tông liên hợp 9

1.1.4.Đánh giá và so sánh giữa cột thép thông thường và cột thép nhồi bê tông 10

1.1.5.Ứng dụng trong xây dựng 12

1.2.Tổng quan về cầu Vòm ống thép nhồi bê tông 13

1.2.1.Sơ lược sự ra đời và phát triển của cầu Vòm ống thép nhồi bê tông 13

1.2.2.Một số công trình điển hình đã xây dựng sử dụng kết cấu Vòm ống thép nhồi bê tông trên thế giới và tại Việt Nam 14

1.2.3.Các loại sơ đồ cầu Vòm ống thép nhồi bê tông 19

CHƯƠNG 2: 22

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 22

2.1.Phân tích công nghệ thi công 22

2.2.Công nghệ thi công vòm ống thép nhồi bê tông 23

2.3 Lựa chọn công nghệ thi công lắp dựng vòm ống thép nhồi bê tông 23

2.3.1.Công nghệ thi công bằng hệ trụ tạm 23

2.3.2.Công nghệ thi công bằng hệ thiên tuyến 26

2.3.3 Công nghệ thi công quay 30

2.3.4 Đánh giá chung các công nghệ thi công 34

CHƯƠNG 3: 36

CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG BẰNG HỆ THIÊN TUYẾN TẠI DỰ ÁN CẦU ĐÔNG TRÙ 36

3.1.Khái quát dự án 36

3.2 Phân tích lựa chọn Công nghệ tổ chức thi công 37

3.2.1.Điều kiện khu vực thi công cầu Đông Trù 37

3.2.2.Tiến độ thi công 41

3.2.3.Chi phí thi công 41

3.2.4 Năng lực thiết bị của Nhà thầu 47

3.2.5.Kết luận: 47

3.3.Trình tự thi công chủ đạo 48

3.4.Thiết kế hệ thiên tuyến phục vụ thi công 55

3.4.1.Hệ giá tháp: gồm giá tháp và cáp giằng giá tháp 56

3.4.2.Hệ thống dây 62

3.4.3.Hệ neo cố 72

3.4.4.Cẩu thử với hệ thống cẩu lắp bằng hệ thiên tuyến 74

3.5.Lắp ráp các bộ phận kết cấu phần trên 75

3.5.1.Lắp ráp sườn vòm ống thép 75

3.5.2 Thi công hệ cáp giằng vĩnh cửu 83

3.5.3 Lắp ráp thanh treo 84

3.5.4 Lắp ráp dầm ngang thanh treo 85

3.5.5.Lắp ráp dầm dọc và bản mặt cầu 87

3.5.6.Hoàn thiện cầu 88

3.6.Quản lý chất lượng trong quá trình thi công 89

3.6.1.Các điểm trọng yếu trong thi công cầu vòm ống thép bằng hệ thiên

tuyến 89

3.6.2.Khống chế quan trắc trong thi công 90

3.6.3.Quan trắc đường trục sườn vòm 90

3.6.4.Quan trắc cao độ sườn vòm 90

3.6.5.Quan trắc chuyển vị tháp chủ và tháp treo 90

3.6.6.Quan trắc độ võng dây chủ và lực dây 91

3.6.7.Quan trắc lực dây treo 91

3.6.8.Quan trắc biến vị của hố neo chủ và hố neo dây treo 91

CHƯƠNG 4: 92

KIẾN NGHỊ 92

4.1 Kiến nghị sử dụng kết cầu Ống thép nhồi bê tông trong xây dựng 92

4.2 Kiến nghị lựa chọn Công nghệ thi công Cầu vòm ống thép nhồi bê tông 92 4.3 Kiến nghị khi sử dụng Công nghệ thi công thiên tuyến 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

MỞ ĐẦU Sinh thời, Chủ tịch Hồ Chí Minh đã nói: “Giao thông là mạch máu của tổ chức Giao thông tốt thì mọi việc dễ dàng Giao thông xấu thì các việc đình trệ” Câu nói giản dị của Bác không chỉ nhấn mạnh đến vai trò quan trọng của GTVT trong sự nghịêp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc, mà còn là lời nhắc nhở nhiệm vụ đối với những người làm công tác giao thông vận tải trong quá khứ, hiện tại và tương lai sau này

Bước vào thời bình, trong sự nghiệp tái thiết và phát triển đất nước, ngay

từ khi bắt đầu công cuộc „Đổi mới‟, phát triển nền kinh tế đất nước theo kinh tế thị trường định hướng XHCN, Đảng, Nhà nước đã chủ trương phải ưu tiên đầu

tư phát triển GTVT để GTVT đi trước một bước tạo tiền đề và thúc đẩy kinh tế phát triển Nghị quyết Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VI (1986) xác định:

“GTVT là khâu quan trọng nhất của kết cấu hạ tầng‟‟ và “GTVT phải đi trước một bước để đáp ứng yêu cầu phát triển của nền kinh tế quốc dân‟‟

Năm 1997, Quốc lộ 5 nối Thủ đô Hà Nội với thành phố cảng Hải Phòng được đưa vào khai thác với 4 làn đường dành cho xe cơ giới, 2 làn đường dành cho xe thô sơ, người đi bộ và một dải phân cách được trồng cây cảnh Dự án cải tạo nâng cấp Quốc lộ 5 đã đánh dấu một bước nhảy vọt của đội ngũ Tư vấn Thiết kế giao thông, thi công cầu, đường được tiếp cận công nghệ máy tính, các phần mềm phục vụ thiết kế, quy trình kỹ thuật, thiết bị, máy thi công, …là thành quả của mười năm (1987 – 1997) đổi mới nền kinh tế cũ theo kinh tế thị trường và sự hợp tác quốc tế Thời gian trước năm 1997, xe chở hàng, xe chở khách vận hành suốt chiều dài 108 cây số của Quốc lộ 5 phải sử dụng thời gian trên dưới bốn tiếng đồng hồ Thì, bây giờ thời gian đó đã được tiết kiệm được một nửa… Khi nền kinh tế tăng trưởng đều đặn, cho phép đất nước chúng ta có

thể thực hiện các công trình cầu dường hiện đại với nhiều kiểu kết cấu trên thế giới

Với năng lực và trình độ thi công hiện nay, đội ngũ cán bộ và công nhân ngành GTVT Việt Nam đã thực hiện được những điều thần kỳ mà cách đây 20 đến 30 năm không ai nghĩ đến Một số thành tựu nổi bật của ngành cầu đường Việt Nam có thể kể đến như: Cầu Sông Hàn: Thiết kế xoay độc đáo của cây cầu

là điểm mới lạ và thu hút đông đảo sự chú ý của du khách cũng như giới kiến trúc trong khu vực Cầu Mỹ Thuận: Cầu Mỹ Thuận nối liền hai tỉnh Vĩnh Long và Tiền Giang, được hoàn thành năm 2000 Đây là cây cầu dây văng đầu tiên của nước ta, có chiều dài 1.535m Phần cầu chính là cầu treo dây văng dài 350m, nhịp giữa thông thuyền 350m, chiều cao thông thuyền là 37,5m Phần cầu phụ mỗi bên gồm 11 nhịp, dài 437,6m, chiều rộng mặt cầu là 23,6m, gồm 4 làn xe cơ giới và 2 lề cho người đi bộ Cầu Bãi Cháy: Nằm trên quốc lộ 18, nối Hòn Gai với Bãi Cháy qua eo biển Cửa Lục thuộc tỉnh Quảng Ninh Đây là cây cầu dây văng một mặt phẳng đầu tiên và dài nhất ở nước ta, cầu được thi công bằng công nghệ đúc hẫng cân bằng tại trụ cầu chính, dầm được vươn ra biển và kết thúc tại điểm nối liền hai cánh hẫng

Như vậy, cho đến nay những kỹ sư và công nhân ngành cầu đường Việt Nam đã làm chủ được rất nhiều công nghệ thi công tiến tiến trên thế giới Chúng ta đã thi công được nhưng cầu Dây Văng lớn như cầu Cần Thơ, cầu Mỹ Thuận, cầu Bãi Cháy… nhưng cầu đúc hẫng cân bằng với khẩu độ lớn như cầu Thanh Trì, cầu Vĩnh Tuy…

Để tiếp tục khẳng định năng lực của người Việt Nam, Ủy ban nhân dân Thành Phố Hà Nội đã quyết định lựa chọn kết cầu Vòm thép nhồi bê tông để sử dụng cho dự án cầu Đông Trù Đây là dự án quan trọng để nối các tỉnh phía bắc

với sân bay Nội Bài Tuy nhiên, do đây là lần đầu tiên một dự án có kết cầu Vòm thép nhồi bê tông được các kỹ sư Việt Nam thực hiện từ quá trình thiết kế đến thi công Vì vậy trong quá trình thực hiện đã gặp rất nhiều khó khăn vướng mắc Một trong những vướng mắc lớn nhất là việc lựa chọn công nghệ thi công thích hợp cho việc lắp đặt hệ thông vòm chính của dự án

Đề tài Luân văn “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công cầu Vòm ống thếp nhồi bê tông bằng hệ thiên tuyến tại dự án cầu Đông Trù” với mục đích đưa ra nhưng công nghệ thi công cầu vòm ống thép nhồi bê tông thường sử dụng và phương pháp lựa chọn công nghệ thi công tại dự án cầu Đông Trù để làm thành một tài liệu tham khảo cho các dự án tương tự sau này

Loại 1: Thép kết cấu (cốt cứng) đựợc bọc bằng bê tông ( a,b,c)

Loại 2: Bê tông nhồi trong hộp, ống thép.(f,g,i)

Loại 3: Hỗn hợp hai loại trên.(d, h)

Hình 1.1: Các dạng kết cấu ống thép nhồi bê tông Loại 1: Đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật về phòng cháy, đơn giản khi cần tăng cường độ bằng cách thêm cốt thép ở lớp bê tông ngoài.Tuy nhiên việc kiểm tra và sử lý kết cấu thép bên trong không thể thực hiện Chủng loại kết cấu này phù hợp cho các công trình chịu động đất lớn với tác tải trọng ngang lặp

Loại 2: Ống thép nhồi bê tông đƣợc sử dụng nhiều trong các trụ cầu mà ở đó phải chịu tải trọng va xe, các vành cầu vòm, cột nhà cao tầng không nhất thiết

có cốt thép bên trong

Loại 3: Có tính năng chống cháy cao và có đƣợc các ƣu điểm của hai chủng loại kết cấu trên

1.1.2.Đặc điểm làm việc của kết nhồi bê tông

Hình 1.2 Trạng thái ứng suất của cấu kiện ống thép tròn nhồi bê tông chịu nén Trong các bộ phận của kết cấu ống thép nhồi bê tông khi chịu lực dọc trục

có các thành phần ứng suất nhƣ sau:

Trong bê tông: ứng suất nén dọc trục cB c và áp lực ngang r

Trong ống thép: ứng suất dọc trục z s và ứng suất tiếp s



 Nguyên nhân xuất hiện áp lực ngang r lên bê tông và ứng suất tiếp s



trong ống thép là do hệ số nở ngang của hai loại vật liệu này khác nhau, trong

đó hệ số nở ngang của bê tông luôn lớn hơn của thép ở mọi giai đoạn làm việc

Áp lực ngang r lên bê tông không cho phép bê tông tự do phát triển biến dạng

theo phương ngang và tạo ra trạng thái ứng suất ba chiều trong bê tông Ở trạng thái chịu lực ba chiều, khả năng chịu lực dọc trục của bê tông tăng lên đáng kể Đây chính là đặc điểm chịu lực quan trọng nhất của kết cấu ống thép nhồi bê tông

1.1.3.Ưu điểm của kết cấu ống thép nhồi bê tông liên hợp

Kết cấu ống thép nhồi bê tông có một số điểm lợi thế vượt trội so với kết cấu thép hoặc bê tông cốt thép và kết cấu bê tông cốt cứng Sự làm việc đồng thời và ứng suất phân bố theo các hướng trong mặt cắt đạt tới mức tối ưu Vỏ thép bên ngoài chịu kéo và chịu uốn tốt, đồng thời độ cứng của kết cấu ống thép nhồi bê tông cũng tăng do mô đun đàn hồi của vỏ thép lớn hơn bê tông nhiều, cường độ chịu nén của bê tông cũng tăng đáng kể do có hiệu ứng bó chống nở hông của ống thép, bê tông bên trong làm giảm khả năng mất ổn định cục bộ vỏ thép Hiệu ứng bó bê tông của tiết diện hình tròn lớn hơn rất nhiều so với vỏ thép dạng hộp chữ nhật chính vì vậy hình dạng tròn thông thường hay được áp dụng nhiều hơn

Ống thép nhồi bê tông được tính toán và thiết kế như là một kết cấu liên hợp gồm ống thép và lõi bê tông cùng làm việc Khi chịu cùng ứng suất như nhau thì vật liệu bê tông nhồi trong ống thép có những ưu điểm chính như sau:

Có cường độ chịu lực cao với kích thước nhỏ và kinh tế

Đơn giản trong liên kết với các kết cấu khác

Khả năng chịu biến dạng dẻo và đảm bảo đặctính dẻo của kết cấu

Giảm mất ổn định cục bộ thường xẩy ra ở các kết cấu thép

Thuận lợi trong thi công chế tạo và lắp đặt

Kết cấu thép có thể đựợc nghiên cứu tăng vào các vị trí cần thiết

Bê tông trong ống chịu nén cao hơn do có ống thép bên ngoài

Thường thiết kế chống cháy cho bê tông không cần đề cập tới do nằm trong thép

Không cần ván khuôn, đà giáo trong thi công

Thông thường kết cấu thép nhồi bê tông có độ giảm chấn cao hơn so với kêt cấu thép do đó tốt hơn trong các công trình ở vùng động đất

1.1.4.Đánh giá và so sánh giữa cột thép thông thường và cột thép nhồi bê tông

1.1.4.2.Quan hệ giữa lực và biến dạng

Theo các tài liệu nước ngoài biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng của hai chủng loại kết cấu ống thép và ống thép được nhồi bê tông bên trong

Biến dạng ( %) Biến dạng ( %) Ống thép thông thường Ống thép nhồi bê tông

Hình 1.4: Biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng Biến dạng giảm tải của cột thép không nhồi bê tông giảm rất nhanh so với ống thép nhồi bê tông, do việc mất ổn định cục bộ thành ống Trong ống thép thông thường cường độ chịu nén đạt được lớn nhất khi biến dạng đạt cỡ ~ 0.2%

và ở ống thép nhồi bê tông ~ 0.3-0.4 % Như vậy cường độ chịu lực lớn nhất ở cột ống thép nhồi bê tông lớn hơn rất nhiều so với ống thép không nhồi bê tông,

có thể khẳng định ống thép nhồi bê tông là kết cấu không những đảm bảo được tính dẻo của kết cấu mà còn đảm bảo hơn về cường độ

1.1.4.3.Nguyên lý làm việc của cột thép nhồi bê tông

BÊ TÔNG

ÔNG THÉP TRUC TRUNG HÒA

Nguyên tắc làm việc chịu nén:Bê tông

trong ống bị bó chặt bởi ống thép→bê

tông bị ép tới hạn→ ống thép tiến tới giới

hạn chảy→mất ổn định cục bộ

Nguyên tắc làm việc chịu uốn:Bê tông trong ống bị nứt→ ống thép tiến tới giới hạn chảy→ở thớ chịu nén: bê tông bị ép tới hạn, thép nén mất ổn định cục bộ

1.1.5.Ứng dụng trong xây dựng

Với các đặc tính trên cột thép nhồi bê tông liên hợp được sử dụng như là các kết cấu chịu nén lớn trong các công trình, ống thép nhồi bê tông không chỉ được áp dụng như các cột chịu lực trong nhà cao tầng và các công trình dân dụng khác mà đã mà đang được áp dụng rộng rãi vào lĩnh vực hạ tầng giao thông vận tải như trụ cầu, vành cầu vòm Ngoài các áp dụng làm kết cấu mới kết cấu thép nhồi bê tông được áp dụng vào tăng cường và sửa chữa các công trình bị hư hại do động đất

Cầu vòm thép nhồi bê tông nói riêng, cầu vòm nói chung được xem như một kết cấu nhịp trên đường cong đứng nhằm phục vụ cho các tải trọng vượt sông Thông thường vòm chịu các tải trọng như tĩnh tải, hoạt tải, nhiệt độ, gió ngoài ứng suất dọc trục do nén còn một phần nhỏ ứng suất do mô men uốn sinh ra

Cầu vòm có khả năng cạnh tranh rất mạnh với cầu kết cấu phần trên dạng dầm hoặc giàn trong khoảng khẩu độ nhịp nhỏ hơn 270 m Chi phí cho xây lắp thường là bằng nhau hoặc có thể cao hơn một chút, tuy nhiên về phương diện

mỹ quan thì cầu vòm bao giờ cũng được ưu tiên hơn Đối với các nhịp lớn hơn cầu dây văng và dây võng có lợi thế hơn so với cầu vòm

1.2.Tổng quan về cầu Vòm ống thép nhồi bê tông

1.2.1.Sơ lược sự ra đời và phát triển của cầu Vòm ống thép nhồi bê tông

Hiện nay, việc xây dựng cầu qua các sông rộng và sâu, có nhu cầu lưu thông đường thuỷ lớn và điều kiện địa chất phức tạp đang đòi hỏi phải sử dụng các loại nhịp khẩu độ lớn hàng trăm mét Với khẩu độ nhịp lớn như vậy, một số cấu kiện chịu lực nén chính như vòm chính của cầu vòm, thanh mạ cong trong cầu giàn, hệ móng cọc của kết cấu trụ, thân trục cần có khả năng chịu lực cao và

độ cứng lớn Trong trường hợp này kích thước mặt cắt ngang của các cấu kiện

sẽ rất lớn, dẫn đến tăng chi phí xây dựng cũng như tăng độ phức tạp trong quá trình vận chuyển, thi công Vì vậy kết cấu ống thép nhồi bêtông đã được nghiên cứu phát triển để khắc phục các nhược điểm trên Kết cấu ống thép nhồi bêtông

đã đáp ứng được yêu cấu về chịu lực cao, độ cứng lớn, và giảm được trọng lượng bản thân cấu kiện Cầu vòm ống thép nhồi bêtông đã được xây dựng tại Liên Xô từ những năm 1930 với 2 cầu khẩu độ 140m qua sông Ixet và 101m qua sông Neva Trong thời gian từ năm 1990 đến nay, cầu vòm ống thép nhồi bêtông đã được phát triển mạnh mẽ ở Trung Quốc, với nhiều loại hình kết cấu nhịp vòm chạy trên, chạy dưới, chạy giữa, kết cấu có hoặc không có thanh căng Với các tiết diện tổ hợp từ 3 ống thép trở lên, cầu vòm ống thép nhồi bêtông có thể vượt nhịp lên tới 360m Hiện nay, các nước khác trên thế giới còn sử dụng kết cấu ống thép nhồi bêtông trong lĩnh vực xây dựng Nga, Pháp, Mỹ, Cannada, và nhiều nước khác cũng đã quan tâm đến kết cấu này Tại Việt Nam cũng đã xây dựng xong 3 cầu vòm ống thép nhồi trên đường Nguyễn Văn Linh – thành phố Hồ Chí Minh do tư vấn nước ngoài thiết kế Ơ phía Bắc cũng

có một số cầu đang được thiết kế và thi công như cầu Hàn, cầu Đông Trù do các chuyên gia và kỹ sư của Việt Nam đảm nhận

1.2.2.Một số công trình điển hình đã xây dựng sử dụng kết cấu Vòm ống thép nhồi bê tông trên thế giới và tại Việt Nam

Vào những năm của thập niên 60, ống thép nhồi bê tông bắt đầu đuợc nghiên cứu, ứng dụng một cách rộng rãi trong xây dựng công trình ở Trung Quốc, từ năm 1990 đến 1992, ba tiêu chuẩn kỹ thuật (CECS28-90, DLGJ99-91

và DLGJ-SII-92) được ban hành ở Trung Quốc đã tạo điều kiện thuận lợi hơn cho việc ứng dụng công nghệ ống thép nhồi bê tông trong xây dựng công trình

Ở Trung Quốc, cầu dạng vòm ứng dụng công nghệ ống thép nhồi bê tông được bắt đầu thiết kế vào năm 1990 Với cầu có nhịp không lớn hơn 80m, kết cấu vòm được thiết kế vứi một ống thép đơn Cầu Yiwu Yuanhuang ở tỉnh Zhejiang được thiết kế dạng vòm với một ống đơn đường kính 800, dày 18mm theo công nghệ ống thép nhồi bê tông và vượt nhịp 80m

Khi cầu vượt nhip lớn hơn và yêu cầu tải trọng lớn hơn, cầu vòm ống thép nhồi bê tông được thiết kế với hai ống thép liên kết với nhau

Nhịp 100m của cầu Yilan Mudanjiang thuộc tỉnh Heilongjiang có kết cấu dạng vòm, tiết diện ngang hình tam giác, cấu tạo từ ba ống (đường kính 600, dày 12mm) được liên kết chặt chẽ với nhau theo suốt chiều dài Cầu vượt Sông Huangbai và sông Xialao thuộc tỉnh Hubei, thiết kế với bốn ống vượt nhịp 160m, mỗi vòm gồm hai ống D1000, dày 12mm

Cầu San-an Yongjiang thuộc tỉnh Guangxi, hợp long vào năm 1999, nhịp chính 270m dạng vòm với mặt cầu chạy giữa Vào thời điểm này, cầu San-an Yongjiang đạt kỷ lục của cầu dạng vòm Cầu Yongning Yongjiang ở tỉnh Guangxi cú kết cấu vòm tương tự cầu Wanxian Nhịp chính 312m dạng vòm cú mặt cầu chạy giữa

Cầu Yajisha ở Guangzhou, nhịp chính 360m được khánh thành vào tháng

6 năm 2000, chiếc cầu đầu tiên ở Trung Quốc được thiết kế với 6 ống, đạt kỷ lục thế giới

Trong số những cầu vòm được hoàn tất ở Trung Quốc, đặc biệt cầu vòm kiểu CFT, loại cầu có mặt cầu chạy giữa chiếm số lượng nhiều nhất, kế đến là loại cầu có mặt cầu chạy trên và sau cùng là kiểu cầu có mặt cầu chạy dưới Một số cầu đã được xây dựng tại Trung Quốc có nhịp lớn hơn 300m :

Hình 1.5 Cầu Nanning Yonghe, tỉnh GiangXi, chiều dài nhịp 335

Hình 1.6 Cầu Yajisha vượt sông Zhujiang Quảng Đông, cầu vượt nhịp 360m

Hình 1.7 Cầu Lianxiang tỉnh Hồ Nam, , có chiều dài nhịp 400 m

Hình 1.8 Cầu Wushan vượt sông Dương Tử, nhịp chính dài 460m

Tại Nhật Bản cầu New Saikai dạng kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông, mặt cắt vòm gồm 3 ống được xây dựng hoàn thành vào năm 2006, có chiều dài nhịp chính L=240m

Hình 1.9 Cầu New Saikai - Nagasaki - Nhật bản Tại Việt Nam cũng đã xây dựng xong 3 cầu vòm ống thép nhồi bê tông trên đường Nguyễn Văn Linh – thành phố Hồ Chính Minh đều do tư vấn nước ngoài thiết kế Cầu Ông Lớn là cầu vòm ống thép nhồi bê tông đầu tiên tại Việt Nam có kết cấu dạng vòm cứng – dầm mềm xe chạy dưới, vòm gồm 2 ống thép nhồi bê tông

Hình 1.10 Cầu Ông Lớn - TP Hồ Chí Minh

Hình 1.11 – Cầu Xóm Củi – TP Hồ Chí Minh

Hình 1.12 – Mô hình phối cảnh cầu Đông Trù- TP Hà Nội

Hình 1.13 – Mô hình phối cảnh cầu Rồng- TP Đà Nẵng

1.2.3.Các loại sơ đồ cầu Vòm ống thép nhồi bê tông

Cầu vòm ống thép nhồi bê tông về hình thức chịu tải có vòm chạy trên, vòm chạy giữa và vòm chạy dưới Cầu vòm chạy giữa và chạy dưới trước kia thường xuất hiện cầu vòm thép, cầu vòm bê tông cốt thép do bị hạn chế bởi năng lực thanh treo, nên áp dụng kết cấu chạy giữa và chạy dưới tương đối ít

áp dụng ống thép nhồi bê tông, làm cho trọng lượng treo giảm nhẹ rất nhiều, cho nên hình thức chạy giữa, chạy dưới sử dụng tương đối nhiều Trong số hơn

80 cầu đã và đang xây dựng cầu vòm ống thép nhồi bê tông ở Trung Quốc, có rất ít cầu vòm chạy trên mà phần lớn là chạy giữa và chạy dưới

Hình 1.14 Cầu vòm xe chạy trên

Cầu vòm chạy trên có chiều cao kiến trúc lớn, yêu cầu về nền móng cao thích hợp với cầu ở các khe núi Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chạy trên có sườn vòm đặc, vòm dàn hoa, vòm hộp, vòm khung và vòm khung dàn hoa Sườn vòm đặc chạy trên thường dùng hình thức nhiều sườn vòm để tiết kiệm vật liệu, thi công dễ dàng Cấu tạo vòm chạy trên có liên kết hướng ngang dễ,

hệ mặt cầu kê trên cột đứng, tính toàn khối, tính ổn định ngang và tính chống rung rất tốt

Hình 1.15 Cầu vòm xe chạy dưới Cầu vòm chạy dưới nói chung đều có thanh kéo (cầu vòm dầm mềm) là kết cấu không có lực đẩy hay lực đẩy rất nhỏ Nó chủ yếu dùng khi chiều cao kiến trúc bị hạn chế, yêu cầu thông thuyền cao và khi tình hình nền móng yếu ở vùng đồng bằng và cầu vượt dùng nhiều Mặt cắt cầu vòm chạy dưới chỉ có thể

là sườn vòm, nếu khẩu độ vòm nhỏ, có thể dùng một ống thép Khoảng 100m thì dùng mặt cắt hình số 8, khẩu độ lớn hơn nữa thì dùng sườn dàn hay sườn hộp

Theo phương thức quan hệ kết cấu, phần trên và dưới, cầu vòm có thanh kéo còn có thể phân thành hai loại Một loại là bộ phận trên và dưới liên kết cứng, thanh kéo không cùng với hệ mặt cầu tham gia chịu lực, chỉ đơn thuần chịu kéo, gọi là cầu vòm khung dầm mềm Một loại khác là kết cấu phần trên kê giản đơn trên mố trụ cầu Thông thường thanh kéo là dầm dọc, là kết cấu kéo uốn, cho nên đó là hệ dầm vòm tổ hợp Ở trường hợp thứ nhất, do vòm và trụ cầu ngàm cứng, giống như là vòm không chốt cố định, dùng phương pháp thi

công không có giá vòm, tính ổn định ngang rất tốt, nhưng là kết cấu siêu tĩnh bậc cao, nội lực do hoạt tải và nội lực thứ cấp có ảnh hưởng lớn đến kết cấu phần dưới

Kiểu thứ hai kết cấu chịu lực rõ ràng, là kết cấu nội siêu tĩnh, ngoại tĩnh định, kết cấu phần dưới giống như cầu dầm, nhưng xử lý tiết điểm và điều chỉnh kéo căng thanh kéo có khó khăn Cấu tạo gối cầu phức tạp, thi công phải dùng một số dàn giáo hay chở nổi cả cầu

Cầu vòm ống thép nhồi bê tông chạy dưới thường dùng thanh kéo mềm và thanh treo mềm, chủ yếu là dùng thanh chống ngang để liên kết hai sườn thành toàn khối cho nên có thanh chống ngang nhiều, độ cứng lớn, thậm chí còn dùng một loạt thanh chống kiểu chữ K Nếu muốn bỏ thanh chống gió thì phải đổi dùng dầm cứng hay tăng độ cứng của sườn vòm

Cầu vòm chạy giữa thường ở nhịp chính dùng khẩu độ lớn, các nhịp biên phối hợp với vòm chạy trên dùng khẩu độ nhỏ, nói chung không dùng dầm mềm, thường thông qua nhịp biên khẩu độ nhỏ dùng tỷ lệ đuờng tên nhỏ và tỷ

lệ tập trung tĩnh tải lớn

Hình 1.16 Cầu vòm xe chạy giữa Cầu vòm chạy giữa để giảm bớt lực đẩy nằm ngang làm ảnh hưởng bất lợi cho mố trụ cầu, có thể thiết kế dầm mềm cân bằng lực đẩy nằm ngang Cầu vòm ống thép nhồi bê tông trong sử dụng đều là vòm cứng dầm mềm có đem nhịp hẫng

CHƯƠNG 2:

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG

2.1.Phân tích công nghệ thi công

Công nghệ thi công tác động trực tiếp đến nội lực của kết cấu Thông thường, người ta chia công nghệ thi công thành 2 dạng Dạng thứ nhất là công nghệ thi công tự đỡ, dạng thứ 2 là công nghệ thi công không tự đỡ

Công nghệ thi công không tự đỡ là trong quá trình thi công phải sử dụng các thiết bị bên ngoài như giá đỡ, cẩu, và hệ giằng để lắp dựng hoặc thi công các cấu kiện này đổ tại chỗ Công nghệ thi công không tự đỡ thích hợp với các loại cầu có khẩu độ nhỏ hoặc không có yêu cầu về khổ thông thuyền do yêu cầu

về sức nâng của thiết bị và chiếm dụng không gian thi công lớn

Công nghệ thi công tự đỡ là chỉ trong quá trình thi công, chia khối kết cấu thành nhiều phần, tiến hành đổ tại chỗ hoặc lắp ghép chúng lại theo nhiều giai đoạn thi công khác nhau Việc vận chuyển, lắp dựng các cấu kiện này đều dùng những bộ phận kết cấu đã hoàn thành để làm hệ chống đỡ Đối với từng loại cầu khác nhau, người ta còn chia công nghệ thi công tự đỡ thành các loại như trụ đỡ (đối với cầu liên tục, thi công theo công nghệ lắp hẫng cân bằng), cầu tháp đỡ như cầu dây văng, cầu treo Cầu thi công theo phương pháp tự đỡ không phải sử dụng số lượng lớn các loại thiết bị để nâng đỡ, không chiếm dụng không gian thi công lớn Như vậy, về mặt không gian cũng như hiệu quả kinh tế, cầu tự đỡ hợp lý với các loại cầu vượt nhịp lớn Có 3 yêu cầu chủ yếu khi thi công bằng phương pháp tự đỡ:

- Bộ phận kết cấu ban đầu phải nhẹ, có cường độ cao, đồng thời có thể trở thành bộ phận chống đỡ rất khoẻ cho phần kết cấu thi công tiếp đó

- Tình trạng chịu lực của quá trình lắp ghép càng gần với tình trạng chịu lực sau khi thành hệ kết cấu hoàn chỉnh thì càng giảm thiểu thiết bị phụ trợ trong thi công và giảm vật liệu chịu tải trọng thi công

- Bộ phận lắp ghép trước chịu lực trước, bộ phận lắp ghép sau chịu lực sau cho nên kết cấu phải có năng lực tự điều chỉnh về mặt chịu lực hoặc sử dụng thiết bị bên ngoài để điều chỉnh nội lực

- Cầu vòm ống thép nhồi bê tông theo công nghệ thi công vòm trước, hệ dầm cứng hoá sau là loại kết cấu tự đỡ

2.2.Công nghệ thi công vòm ống thép nhồi bê tông

Theo công nghệ thi công cầu vòm ống thép nhồi bê tông vòm thi công trước, cứng hoá hệ dầm sau; kết cấu chịu lực chủ yếu là vòm ống thép nhồi bê tông Do đặc tính của kết cấu cầu vòm chịu nén là chính, do đó sẽ phát sinh vấn

đề đảm bảo ổn định khi chịu nén của vòm Kết cấu ống thép nhồi bê tông vừa đảm bảo tính chịu nén, vừa đảm bảo tính ổn định Công nghệ thi công cầu vòm vừa ứng dụng kiểu thi công kết cấu tự đỡ, vừa sử dụng kiểu kết cấu không tự

đỡ Do đó, khả năng vượt nhịp của cầu vòm ống thép nhồi bê tông vòm chịu lực nằm giữa loại kết cấu thi công theo phương pháp tự đỡ và không tự đỡ

2.3 Lựa chọn công nghệ thi công lắp dựng vòm ống thép nhồi bê tông

Đối với cầu vòm ống thép nhồi bê tông vòm chịu lực chính, vòm được thi công hoàn chỉnh, sau đó mới lắp dựng các cấu kiện tiếp theo Có nhiều phương pháp thi công vòm ống thép nhồi bê tông Dưới đây là một số ví dụ về công nghệ thi công vòm ống thép

2.3.1.Công nghệ thi công bằng hệ trụ tạm

Khi khẩu độ không lớn lắm, ta có thể chia sườn vòm làm 3 đoạn để cẩu lắp Hai đoạn tại chân trụ đối xứng nhau dùng hệ giằng xiên để neo giữ, hướng

ngang sử dụng thêm cáp giằng gió Trong trường hợp thông thường, cần phải cẩu lắp hai sườn, hợp long hai sườn, giữa hai sườn lắp ráp thêm chống ngang tạm thời Với phương pháp cẩu lắp hai sườn, hợp long hai sườn có khối lượng cẩu rất lớn, việc lắp ráp giữa các đoạn liên tiếp nhau tương đối khó

Hình 2.2: Một số hình ảnh thi công theo phương pháp

Nếu chiều rộng sườn vòm lớn (như kiểu dàn) thì có thể sử dụng phương pháp hợp long sườn đơn Đầu nối giữa các đoạn trước khi hợp long phải gia công thành miệng mở trên, phải chú ý tình trạng truyền lực của đầu nối Để khi hợp long được thuận tiện, các đoạn phải hơi nâng cao lên một chút, sau khi hợp long hạ dần từng ít một, điều chỉnh tới độ cao thiết kế (độ vồng chừa sẵn); liên kết các đầu nối và chống ngang, bịt chân vòm để thành vòm không chốt, sau đó tiến hành đúc bê tông vào trong ống thép Với phương pháp thi công cẩu lắp bằng dây cáp, thường được áp dụng tại các vùng có địa hình sâu, khó khăn, chỉ

có thể lắp đặt đà giáo tại gần vị trí bệ Trong phương pháp này,vành vòm được thi công thành 3 bước

- Bước 1 :

-3

- Bước 3 :

2.3.2.Công nghệ thi công bằng hệ thiên tuyến

Hệ thiên tuyến là một hệ thống dây treo không giá đỡ dùng để thi công lắp ghép kết cấu phần trên của cầu vòm ống thép nhồi bê tông Quy mô của hệ dây treo không giá đỡ phụ thuộc vào quy mô của cầu, điều kiện địa hình và năng lực của thiết bị lắp ráp

Hệ thiên tuyến có cấu tạo gồm các bộ phận chính như hệ cáp chủ, hệ tháp chính, hệ cáp giằng và neo giữ ổn định, hố neo chủ và các phụ kiện khác Nguyên lý vận hành của hệ thiên tuyến tương đối đơn giản Các đoạn sườn vòm được mắc vào cáp chủ thông qua hệ xe chạy, gối dây công tác qua đó tác dụng toàn bộ lực lên hệ cáp chủ Cáp chủ của hệ thiên tuyến hoạt động tương đối giống cáp chủ của cầu treo dây võng, sau khi chịu tải trọng của sườn vòm

nó truyền toàn bộ lên hệ tháp chính và hố neo chủ Hệ cáp neo giằng có tác dụng giữ ổn định cho hệ tháp chính trong quá trình thi công

Hệ thiên tuyến dùng thi công lắp ghép vòm thép trong kết cấu cầu vòm ống thép nhồi bê tông có phạm vi sử dụng rất rỗng rãi Nó có thể sử dụng cho rất nhiều chiều dài nhịp khác nhau cho cả cầu cạn lẫn cầu vượt sông, đặc biệt thích hợp trong các trường hợp sông không thông thuyền, nhịp lớn, mặt bằng thi công hai đầu cầu rỗng rãi

Các bước thi công cầu vòm ống thép nhồi bê tông bằng hệ thuyên tuyến

Bước 1:

- Thi công các mố neo trên bờ và dưới sông;

- Lắp dựng hệ giá tháp thiên tuyến và neo giữ ổn định giá tháp bằng cáp giằng dọc và giằng ngang

P9

P13 P12

P11 P10

P11 P10

Bước 3:

- Lắp dựng đối xứng các đoạn sườn vòm;

- Lắp đặt hệ thống cáp treo để điểu chỉnh cao độ sườn vòm;

- Lắp đặt hệ thống cáp giằng để điều chỉnh vị trí thẳng đứng và ổn định của sườn vòm

(Chú ý: Liên kết tạm đoạn sườn vòm lắp trước với đoạn sườn vòm lắp sau bằng liên kết bu lông mặt bích)



P9

P13 P12

P11 P10

Bước 4:

- Thi công đoạn hợp long;

- Điều chỉnh cao độ và tim sườn vòm;

- Hàn liên kết nối đầu giữa các đoạn sườn vòm;

- Lắp đặt hệ cáp giằng vĩnh cửu

P10 P9

Hình 2.3: Hình ảnh thi công tại hiện trường Với phương pháp do sử dụng cách từng bước cẩu lắp các đoạn sườn vòm, đồng thời theo thứ tự trước sau treo hẫng lên trên cáp chủ chịu tải trọng, bởi vậy, cẩu lắp mỗi một đoạn sườn vòm, đều ảnh hưởng đến trị số toạ độ của đoạn sườn vòm đã treo hẫng trên cáp chủ; mục đích của khống chế thi công là làm cho đoạn sườn vòm cuối cùng khi vào vị trí thì các đoạn sườn vòm khác đều đã

ở cạnh vị trí của trị số toạ độ thiết kế, để tiện khi hợp long sườn vòm, khối lượng công việc điều chỉnh trị số toạ độ của các đoạn ít nhất, và làm cho đường trục vòm sau khi hoàn thành khớp với đường trục vòm đã thiết kế Vì vậy, khi tính toán thi công, phải xét các đoạn sườn vòm và hệ thống treo hẫng chịu ảnh hưởng của tính phi tuyến hình học

Hình 2.4:Cầu số 4 Tiền Đường Giang phần cầu chính dài 1376m - Thi công

bằng hệ dây thiên tuyến

2.3.3 Cụng nghệ thi cụng quay

Phương phỏp thi cụng quay là một phương phỏp thi cụng chia vành vũm thành hai nửa nhịp để chế tạo trờn bờ, thụng qua quay thõn cầu để hợp long Vành vũm quay theo hướng thẳng đứng theo hệ bệ gối gọi là phương phỏp thi cụng quay thẳng đứng, vành vũm quay theo phương nằm ngang theo bệ gối gọi

là phương phỏp thi cụng quay nằm ngang

Phương phỏp thi cụng quay thẳng đứng là phương phỏp thi cụng theo hướng đứng Phương phỏp này lợi dụng địa hỡnh hoặc lắp trờn giỏ đỡ để đỳc bờ tụng sườn vũm, sau đú từ hai bờ thả nằm dần dần sườn vũm đỳc sẵn để nối tiếp thành cầu Những năm 50 năm Ytalya đó từng sử dụng phương phỏp này xõy dựng cõy cầu trờn sụng Đamusi, khẩu độ nhịp đạt tới 70m Khẩu độ lớn nhất sử dụng phương phỏp này để xõy dựng là cầu Argentobel của Đức, nhịp đạt tới 150m Phương phỏp quay thi cụng thẳng đứng thụng thường chỉ ứng dụng trong những cầu vũm cú nhịp vừa và nhỏ, vỡ khi khẩu độ nhịp tăng lớn, sườn vũm sẽ quỏ dài, sẽ khụng thể khống chế quay thẳng đứng một cỏch dễ dàng, và dễ xuất hiện sự cố trong thi cụng

Hỡnh 2.5: Phương phỏp thi cụng quay thẳng đứng

Dây Cáp neo

Hố neo

Đốt 1 Giá đỡ thép

Hình 2.7: Cầu Quang Minh nhịp 76m - Quay thẳng đứng Phương pháp thi công quay nằm ngang là phương pháp thi công do Trung Quốc sáng tạo đầu tiên Năm 1977, đã sử dụng phương pháp này xây dựng một nhịp 70m vòm sườn hộp bê tông cốt thép tại thành phố Toại Ninh, Tứ Xuyên Căn cứ vào việc sử dụng đối trọng để chống nghiêng lật trong quá trình quay của phương quay nằm ngang, đã chia phương pháp này thành loại quay có đối trọng và quay không có đối trọng

Phương pháp thi công quay có đối trọng được tổ hợp từ 3 bộ phận là hệ cân bằng, hệ quay (trục quay, đường tròn) và hệ khống chế vị trí Hệ cân bằng thông thường tận dụng mố cầu cùng quay Phương pháp thi công quay có đối

trọng, sau khi khẩu độ nhịp tăng lên, do có đối trọng mà khối lượng quay tăng lên rất lớn, đã đem lại khá nhiều khó khăn cho việc thiết kế, chế tạo và quay chuyển, khống chế của mâm quay, đồng thời cũng tăng thêm chi phí vật liệu Phương pháp thi công quay không đối trọng là sử dụng hệ thống neo để cân bằng vòm chủ treo hẫng Hệ thống neo này thông thường được tổ hợp từ các bộ phận như cột đứng của thanh nén, dầm chủ phần cầu dẫn làm dầm chống cũng như neo phía sau Đối với cầu vòm nhiều nhịp hoặc nửa nhịp hẫng, còn có thể tận dụng khối lượng bản thân kết cầu để sử dụng phương pháp thi công quay tự cân bằng

Phương pháp thi công quay được ứng dụng nhiều trong cầu vòm ống thép nhồi bêtông Cầu vòm ống thép nhồi bêtông so với cầu vòm bê tông cốt thép, thì khối lượng quay của chúng là giá ống thép, sẽ nhẹ hơn cầu vòm bê tông cốt thép rất nhiều, do đó khẩu độ của cầu vòm ống thép nhồi bê tông sẽ lớn hơn nhiều so với cầu vòm bê tông cốt thép; khi khối lượng quay đã tương đối tăng lớn rồi, thì khẩu độ của cầu vòm bê tông ống thép sẽ tăng nhiều hơn so với cầu vòm bê tông cốt thép

Vµnh vßm

C¸p neo

Mãc neo Gi¸ thÐp

§èi träng

M©m quay trªn M©m quay d-íi

BÖ quay PhÇn th©n

Hình 2.8:Phương pháp thi công quay nằm ngang (có đối trọng)

Phương phỏp thi cụng quay ứng dụng trong cầu vũm bờ tụng ống thộp, ngoài những ưu thế nờu trờn của bản thõn cầu vũm bờ tụng ống thộp đó làm cho khẩu độ cú tớnh đột phỏ rất lớn ra, cỏc mặt khỏc như khối lượng quay, cụng nghệ thi cụng, phương phỏp thi cụng đều cú những đột phỏ mới

Cụng nghệ thi cụng và phương phỏp thi cụng của từng cầu đều cú những đặc điểm và đột phỏ khỏc nhau như phương phỏp thi cụng quay thẳng đứng của cầu Lờn Đà khỏc hẳn với phương phỏp thi cụng quay thẳng đứng truyền thống, chỳng khụng phải đặt sườn vũm tại hai bờ để đỳc hoặc lắp rỏp theo hướng thẳng đứng, mà là hàn nối sườn vũm đó được gia cụng sẵn tại nhà mỏy thành hai nửa vũm trờn giỏ phao lốp rất thấp đặt dưới lũng sụng cú mực nước tương đối cạn (gồm lắp rỏp chúng xiờn ngang và phụ kiện), sau khi kiểm tra về chất lượng hàn nối, kớch thứơc hỡnh học, hỡnh tuyến đường trục và nghiệm thu đạt yờu cầu, dựng hai bộ cần ngoạm dựng trờn phần đỉnh của hai trụ chớnh lần lượt kộo chỳng lờn, hợp long nối liền ở trờn khụng Phương phỏp thi cụng của cầu Quảng

Vành vòm

Móc neo Cáp neo

Cột đứng

Mâm quay trên Mâm quay d-ới

Bệ quay Phần thân

Châu là phương pháp thi công kết hợp quay thẳng đứng cộng với quay nằm ngang

HÌnh 2.10: Cầu Yajisha nhịp chính 360m - quay dọc và ngang

Ống thép chờ được ngàm cứng vào mố trụ cầu Các đoạn tiếp theo của ống thép lắp nối tiếp vào ống thép chờ Sau khi hoàn thành kết cấu vòm ống thép, tiến hành nhồi bê tông Trong giai đoạn này, chỉ có tải trọng bản thân của ống thép và bê tông trong ống Nội lực gây ra trong ống thép nhỏ, đồng thời có hệ giằng cùng tham gia chống đỡ kết cấu nên lực xông ngang ở chân vòm cũng bị triệt tiêu một phần

2.3.4 Đánh giá chung các công nghệ thi công

Công nghệ thi công bằng hệ trụ tạm là phương pháp lắp ghép kết cấu trên giá đỡ, cách làm này chỉ có thể ứng dụng vào những cầu có điều kiện như khẩu

độ nhịp nhỏ, không thông thuyền hoặc yêu cầu về thông thuyền không cao, chiều sâu mực nước tương đối nông; đồng thời tốn công thời gian, khối lượng giá đỡ, loại này ít sử dụng trong những cầu có khẩu độ lớn

Công nghệ thi công bằng hệ thiên tuyến là một trong những phương pháp chủ yếu để xây dựng cầu vòm khẩu độ lớn Phương án này được dùng phổ biến trong thi công cầu vòm ống thép nhồi bê tông trên thế giới và đặc biệt ở Trung

Quốc trong những năm gần đây Phương án này có ưu điểm là vượt khẩu độ nhịp lớn (có thể tới 500m), không phụ thuộc vào điều kiện thủy văn, các cấu kiện của vòm đều được cẩu lắp qua hệ thống thiên tuyến nên tính linh hoạt cao và tiến độ thi công được đẩy nhanh

Công nghệ thi công quay là phương pháp đưa nhịp cầu khó cẩu lắp bằng giá đỡ trên dòng sông hoặc trên tuyến đường cần bắc qua chuyển dịch vào bờ, sau đó quay theo chiều thẳng đứng hoặc quay nằm ngang để hợp long tại đường trục cầu, loại hình này thích hợp với cầu có khẩu độ tương đối lớn và thích hợp đối với vị trí có yêu cầu về thông thuyền tuy nhiên có mặt bằng hai bên bờ sông mặt bằng rộng lớn

CHƯƠNG 3:

CÔNG NGHỆ THI CÔNG CẦU VÒM ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG

BẰNG HỆ THIÊN TUYẾN TẠI DỰ ÁN CẦU ĐÔNG TRÙ

3.1.Khái quát dự án

Cầu chính cầu Đông Trù gồm 3 nhịp liên tục 80+120+80m, là cầu vòm ống thép nhồi bêtông chạy dưới; mặt cắt ngang cầu phân thành hai cầu đôi Quy cách sườn vòm ống thép nhịp chính là 120018mm, sườn vòm ống thép nhịp biên là 100018mm Tiết diện sườn vòm nhịp giữa, nhịp biên đều gồm 2 ống thép nhồi bê tông hợp thành Mỗi nhánh cầu có 2 sườn vòm ống thép, giữa 2 sườn vòm dùng hệ liên kết ngang dạng K để bảo đảm ổn định không gian kết cấu Chiều cao sườn vòm của nhịp giữa là 30m, nhịp biên là 20m Nhịp giữa bố trí 21 đôi thanh treo, nhịp biên bố trí 13 đôi thanh treo; dùng bó thép 2 x 55 sợi thép 7 song song, thanh treo bố trí thẳng đứng với cự ly 5m Dầm ngang thanh treo là dầm I có chiều cao 2.2m ở giữa dầm, cự ly cáp treo theo hướng ngang cầu là 23.0m Cáp giằng dọc của sườn vòm dùng các bó cáp 15.2mm cường độ cao 1860Mpa tự chùng thấp, là hệ thanh co mềm

Hình 3.1: Phối cảnh cầu chính cầu Đông Trù

3.2 Phân tích lựa chọn Công nghệ thi công cầu Đông Trù

Cho đến nay, các biện pháp thi công cầu vòm gồm có: Lắp ráp bằng trụ đỡ tạm; Lắp treo bằng hệ thống dây thiên tuyến; Phương pháp quay (quay ngang, nâng theo chiều dọc, thả theo chiều dọc); v.v

Kết cấu của cầu Đông Trù là kết cấu vòm liên tục với thanh căng hệ mềm

Độ cứng tổng thể vòm không cho phép lắp bằng phương pháp nâng tổng thể hoặc phương pháp đúc đẩy tổng thể Hệ vòm 3 nhịp liên tục cũng không thể áp dụng phương pháp quay Vì vậy, phương pháp được lựa chọn để lắp vòm chỉ còn 2 phương pháp, đó là: Phương pháp thi công bằng trụ tạm và phương pháp thi công bằng hệ thiên tuyến Để lựa chọn phương pháp thi công tối ưu cho dự

án Cầu Đông Trù phải so sánh hai phương án thi công dựa trên các số liệu thực

tế như: điều kiện thời tiết, đặc điểm thủy văn và yêu cầu thông thuyền của khu vực thi công cầu Đông Trù, tiến độ thi công, đơn giá thi công và năng lực vật tư thiết bị hiện có của Nhà thầu

3.2.1.Điều kiện khu vực thi công cầu Đông Trù

3.2.1.1.Mưa

Lượng mưa phân bố khá đồng đều Trên đại bộ phận khu vực lượng mưa trung bình năm là 1650mm - 1700mm với số ngày mưa trung bình là 144 ngày Mùa mưa kéo dài 6 tháng, từ tháng 5 đến tháng 10 Trong mùa mưa tập trung tới 85% lượng mưa toàn năm Lượng mưa tăng dần từ đầu mùa tới giữa mùa, đạt tới cực đại vào tháng 7, tháng 8 (là tháng nhiều bão nhất ở vùng này) với lượng mưa trung bình khoảng 300mm Các tháng 6, tháng 9 cũng có lượng mưa trung bình xấp xỉ 250mm

Sáu tháng còn lại, từ tháng 11 đến tháng 4, thuộc về mùa ít mưa Những tháng đầu mùa đông là thời kỳ ít mưa nhất Mỗi tháng trung bình chỉ quan sát

được 6 – 8 ngày mưa nhỏ Tháng có lượng mưa cực tiểu là tháng 12 hoặc tháng

1, với lượng mưa từ 12mm – 18mm và 5 –7 ngày mưa Nửa cuối mùa đông là thời kỳ mưa phùn ẩm ướt Tuy lượng mưa tăng không nhiều so với đầu mùa đông nhưng số ngày mưa thì nhiều hơn rõ rệt (10-15 ngày mỗi tháng)

Bảng: Đặc trưng của chế độ mưa

Lượng mưa trung bình tháng cao nhất (mm) 314.8

Lượng mưa trung bình tháng thấp nhất(mm) 18.4

3.2.1.2.Gió bão:

Về mùa đông, gió thường thổi tập trung theo hai hướng: hướng Đông bắc

và Bắc hay hướng Bắc Mùa hạ gió thường thổi theo hướng Đông – Nam hoặc hướng Nam Tốc độ gió mạnh nhất xảy ra vào mùa hạ, khi có dông và bão, tốc

độ gió có thể đạt tới 30m/s – 35m/s

3.2.1.3.Điều kiện địa hình:

Vị trí cầu cách cầu Đuống cũ khoảng 4.5Km về phía thượng lưu và cách cửa phân lưu sông Đuống từ sông Hồng khoảng 4.5Km Hai bờ sông có đê, khoảng cách giữa hai đê tại vị trí cầu khoảng 575m Chiều rộng lòng chủ khoảng 300m, phần còn lại là bãi sông trong đó bãi phía Đông Anh rộng 212m, phía Long Biên rộng 63m

3.2.1.4.Thủy văn

Các nét cơ bản về chế độ thuỷ văn các sông có ảnh hưởng tới cầu Đông Trù được mô tả dưới đây

a Sông Hồng

Hệ thống sông Hồng là hệ thống sông lớn nhất miền bắc nước ta hệ thống sông Hồng đã được hình thành với tổng diện tích là 143.700km2 cộng với 11.390km2 thuộc châu thổ sông Hồng thì tổng diện tích của hệ thống sông Hồng là 155.000km2

Trong mùa lũ sông Đuống tải khoảng 25% - 30% lưu lượng sông Hồng sang hệ thống sông Thái Bình tại Phả Lại Trên toàn bộ hệ thống sông Hồng, dòng chảy chia làm hai mùa rõ rệt, mùa lũ bắt đầu từ tháng 4 và kết thúc vào tháng 10 Tháng xuất hiện lượng nước lớn nhất là tháng 8, lượng nước của tháng này chiếm 10% đến 23% tổng lượng nước của cả năm Nước lũ ở hạ lưu sông Hồng rất ác liệt vì sau khi hội lưu ở Việt Trì nước lũ của toàn bộ hệ thống sông Hồng thuộc phần trung du và miền núi đổ dồn về đồng bằng, nơi địa hình thấp, lòng sông bị thu hẹp do hệ thống đê bao bọc

Mùa cạn, dòng chảy sông ngòi trên toàn bộ hệ thống đê sông Hồng chủ yếu do nước ngầm cung cấp Do nước sông giảm về mùa cạn nên triều tiến sâu vào nội địa, tới địa phận Hà Nội trên sông Hồng

hệ thống sông Hồng Hiện nay về mùa lũ sông Đuống tải khoảng 25% - 30% lưu lượng nước sông Hồng sang hệ thống sông Thái Bình tại Phả Lại Từ cửa Đuống đến cầu Đuống, đê đi sát sông, bãi sông nhỏ Chiều rộng bình quân giữa hai đê từ 500 – 800m Ra khỏi cầu Đuống, đê có đoạn phình ra rồi thắt lại, đồng thời ngoài hệ thống đê chính Quốc Gia có một số đê bối đã được xây dựng, có những đoạn khoảng cách giữa hai đê chính tới 2 –3km

Dòng chảy sông Đuống chia ra làm 2 mùa rõ rệt: Mùa lũ và mùa cạn Mùa

lũ bắt đầu từ tháng 4 và kết thúc vào tháng 10 Tháng xuất hiện lượng nước lớn nhất là tháng 8, lượng nước của cả tháng này chiếm từ 19% đến 23% tổng lượng nước cả năm Theo tài liệu quan trắc tại trạm thuỷ văn Thượng Cát, trong vòng 38 năm (1957 –1994), mực nước đỉnh lũ đã có 16 lần vượt quá 11m, trong

đó có trận lũ xảy ra ngày 22 tháng 8 năm 1971 lên tới 13,68m Nếu không có vỡ

đê và phân lũ thì mực nước ở trạm thuỷ văn Thượng Cát còn lên tới 13,80m ( mực nước đã hoàn nguyên) Trận lũ năm 1971 đã gây ra vỡ đê tại Cống Thôn phía bắc sông Đuống, gây thiệt hại lớn cho sản xuất và đời sống

Mùa cạn, dòng chảy sông chủ yếu do nước ngầm cung cấp Mực nước thấp nhất thường xuất hiện vào tháng III và tháng IV