IV. Kết quả đạt được của luận văn:
1.4. Kết luận chương 1
Qua tổng hợp các hình thức cầu giao thông có thể thấy rằng công trình cầu rất đa dạng. Việc đánh giá phân tích các dạng cầu đang áp dụng khu vực ĐBSCL rút ra được các kết luận sau:
Với các kết cấu dạng vòm bằng bê tông cốt thép, thép tiền chế... mặc dù đáp ứng được điều kiện giao thông thủy dưới cầu (chiều cao tĩnh không) nhưng giao thông bộ lại khó khăn, hệ thống đường dẫn lên cầu rất tốn kém.
Các kết cấu dầm cầu bằng gỗ, bản mặt lắp ghép có thể tháo lắp đáp ứng được điều kiện vận hành khi có yêu cầu cho các phương tiện thủy nhưng lại khó áp dụng được những nơi yêu cầu khẩu độ lớn hoặc tải trọng cao.
Một số dạng cầu bê tông cốt thép có thể tháo lắp thì khả năng lắp ráp sau khi tháo lắp rất khó khăn hoặc không làm được ( buộc phải phá bỏ).
Trên cơ sở phân tích về tính cấp thiết và các vấn đề còn tồn tại. Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung đi sâu vào nghiên cứu dạng kết cấu có khả năng di động đóng mở vừa đáp ứng được điều kiện giao thông thủy dưới cầu (chiều cao tĩnh không), giao thông bộ dễ dàng, giảm chi phí xây dựng hệ thống đường dẫn lên cầu, trụ cầu .
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU HÌNH THỨC KẾT CẤU CẦU HỢP LÝ 2.1. Nghiên cứu các điều kiện địa chất, hình thức thi công xây dựng cầu vùng ĐBSCL
2.1.1. Điều kiện địa chất vùng ĐBSCL
Khu vực ĐBSCL được hình thành bởi trầm tích bở rời Kanozoi với chiều dày khá lớn . Theo tài liệu nghiên cứu của liên đoàn địa chất 8, trừ các khu đồi núi ở phía Tây Bắc, phần lớn diện tích vùng ngập lũ có lớp đá gốc cách mặt đất khoảng từ 100 ÷ 1000 m. Càng đi về phía hạ lưu chiều dày lớp trầm tích càng lớn. Khu vực Châu Đốc, Tịnh Biên, Tri Tôn là khu vực có tầng đá gốc dưới 100m.
Nham thạch cổ nhất lộ ra trong phạm vi Đồng bằng Nam Bộ và vùng ven rìa phía Đông là các khối xâm nhập thuộc Xêri-Hecxin (granit, granodiorit) có tuổi xếp vào cổ sinh đại (Pz) cao nhất là núi Bà Đen có đỉnh 980m . Vào đầu đại trung sinh (Mz) biển bắt đầu xâm nhập đồng thời với việc tích tụ các trầm tích lục nguyên khá dày. Sự xen kẹp giữa trầm tích biển và lục nguyên được gọi là thành tạo Indoxinit để ra đá vôi quan sát thấy ở sát biên giới Campuchia về phía Bắc Tống Lê Chân. Loại trầm tích lục nguyên gồm sạn kết, cát kết, bột kết lộ ra trên một diện khá lớn (cao nhất là núi Ong có đỉnh 280m) ở vùng trung lưu sông Sài Gòn. Đồng bằng Nam Bộ được cấu tạo bởi tầng trầm tích đệ tứ mà có nơi đạt tới độ dày 460m (Bải Xâu-Gò Công). Theo các kết quả thăm dò địa chất thủy văn trên một mặt cắt từ Biển Hồ ra tới Vũng Tàu, cũng như mặt cắt ngang Đồng bằng Nam Bộ từ Biên Hòa tới Cà Mau thì trầm tích đệ tứ nầy có thể phân thành làm 2 tầng từ dưới lên trên:
- Tầng bồi tích cổ gồm các loại trầm tích hạt thô. - Tầng bồi tích trẻ gồm các loại trầm tích hạt mịn.
Dấu hiệu phân biệt của tầng bồi tích cổ là sự có mặt của các lớp cuội sỏi và lớp sét laterit. Bề mặt của tầng bồi tích cổ trong phạm vi Đồng bằng Nam Bộ thường gặp ở độ sâu trên 50-75m.
Trừ khu vực Phía Bắc vùng TGLX là sản phẩm phong hóa và Bắc vùng Đồng Tháp Mười là thêm phù sa cổ. Diện tích phần còn lại là lớp trầm tích được bồi tích bởi phù sa sông và phù sa biển. Nhìn chung phần lớn đất đai trong vùng là thuộc dạng mềm yếu, khi xây dựng công trình cần phải xử lý nền móng.
Theo tài liệu đo vẽ địa chất thu thập được, các kết quả khảo sát ĐCCT trong khu vực, tham khảo bản đồ địa chất tỷ lệ 1:200.000 do Tổng cục Bản đồ Địa chất xuất bản năm 1995 cho thấy địa chất khu vực đồng bằng sông Cửu Long gồm:
Trầm tích hệ Bình Chánh (QIV1-2 bc) [2]
Trầm tích hệ này phân bố rộng rãi trong khu vực nghiên cứu và có thành phần khá đa dạng. Đất đá chưa được nén chặt nên có hệ số rỗng lớn, độ bền thấp. Các thành tạo trầm tích có nguồn gốc khác nhau, thường có đặc điểm về thành phần và tính chất khác nhau. Chính điều này lại ảnh hưởng đến việc lựa chọn giải pháp thích hợp xử lý nền đất yếu.
- Trầm tích nguồn gốc Biển: Thường lộ ra ở bậc địa hình có cao độ 2 ÷ 5 m. Chúng được chia thành 2 lớp chính:
+ Lớp trên: Thành phần chủ yếu là sét và sét pha màu xám xanh, trạng thái dẻo mềm đến dẻo chảy.
+ Lớp dưới: Thành phần chủ yếu là cát pha, cát sạn lẫn ít sét bột màu xám đen, độ hạt biến đổi thô dần theo chiều sâu, thường phân bố ở độ sâu 15 ÷ 20 m.
- Trầm tích nguồn gốc hỗn hợp sông – biển:
Phân bố khá phổ biến trong khu vực nghiên cứu và lộ ra ở nhiều nơi, một số nơi bị phủ bởi trầm tích Cần Giờ (QIV1-2
cg). Thành phần trầm tích chủ yếu là sét dẻo mềm, dẻo chảy, bùn sét, bùn sét pha, đôi chỗ có cát pha và cát mịn. Bề dày trầm tích không lớn.
Trầm tích thuộc hệ tầng này phân bố khá rộng rãi và có nhiều nguồn gốc khác nhau. Tuy nhiên, phổ biến hơn cả là các trầm tích nguồn gốc sông Biển, đầm lầy ven biển và đầm lầy sông.
- Trầm tích nguồn gốc hỗn hợp sông biển. Trầm tích này có thể phân thành 2 lớp:
+ Lớp trên: Thành phần là cát lẫn bột màu vàng, bão hòa nước. Tuy nhiên, nhiều nơi không có lớp này và lộ ra lớp dưới.
+ Lớp dưới: Thành phần chủ yếu là bùn sét, bùn sét pha màu xám đen, lẫn thực vật phan hủy kém.
Do các trầm tích mềm yếu hệ tầng Cần Giờ và hệ tầng Bình Chánh trực tiếp phủ lên nhau nên bề dày của những khu vực này rất lớn.
- Trầm tích nguồn gốc đầm lầy ven biển.
Phân bố chủ yếu ở vùng đầm lầy Đồng Tháp Mười với thành phần chủ yếu là bùn sét và bùn chứa sét pha chứa 20 – 30 % hữu cơ và vụn thực vật phân hủy kém. Bề dày trầm tích thường từ 2 – 10 m và lớn hơn. Trầm tích nguồn gốc đầm lầy ven biển phủ trực tiếp trên các trầm tích hệ tầng Bình Chánh, bề mặt thường bị ngập nước và phát triển thảm thực vật đầm lầy nước mặn.
- Trầm tích nguồn gốc đầm lầy sông:
Phân bố chủ yếu ở khu vực Cần Thơ, Vĩnh Long, Cà Mau. Theo đặc điểm thành phần có thể chia trầm tích này thành 3 lớp:
+ Lớp trên: Thành phần là bùn sét màu xám đen chứa mùn thực vật, dày 0,1 ÷ 0,3 m.
+ Lớp giữa: Thành phần là than bùn màu xám nâu, xốp nhẹ, dày 0,1 ÷ 1,5 m. + Lớp dưới: Thành phần là bùn sét màu xám nâu, chứa các di tích thực vật phân hủy tốt, bề dày 1,5 ÷ 3,5 m.
Như vậy trong phần này tác giả đã trình bày về điều kiện địa chất đặc thù của vùng ĐBSCL, thực tế khi xây dựng cho một công trình cụ thể cần tiến hành khảo sát địa chất để đánh giá chính xác điều kiện địa chất vùng.
2.1.2. Các hình thức thi công cầu giao thông
Hiện nay cầu giao thông nông thôn các tỉnh ĐBSCL chủ yếu thi công theo các hình thức: thi công tại chỗ, thi công lắp ghép, thi công bán lắp ghép.
Bảng 2.1: So sánh hình thức thi công tại chỗ & thi công lắp ghép
Thi công tại chỗ Thi công lắp ghép Vật Liệu Sử dụng vật kiệu địa
phương Được lựa chọn theo đúng tiêu chuẩn
Thi công
-Thi công tại chỗ -Kxưởng. Chất lượng được giám sát ết cấu sản xuất tải nhà máy, nhà -Thời gian thi công dài -Tự động hóa trong sản xuất
-Có sự tham gia của người
dân địa phương -Slắp kết cấu tới công trường ử dụng máy móc để vận chuyển và cẩu
-Thi công nhanh chóng
Kinh tế Giá thành githam gia của người dân, sử ảm do có sự dụng vật liệu địa phương
- Hiệu quả với những công trình lớn - Chi phí tăng do phải vẩn chuyển từ nhà máy đến công trường
Bảo trì,
khai thác Sửa chữa dễ dàng Kết cấu lâu bền, ít phải bảo trì
Áp dụng Kết cấu bê tông cốt thép Kết cấu bê tông cốt thép Kết cấu thép
2.1.2.1. Thi công tại chỗ
Áp dụng chủ yếu cho kết cấu cầu bê tông cốt thép. Bản chất của hình thức thi công bê tông tại chỗ là bê tông toàn khối: người ta ghép ván khuôn, đặt cốt thép và đổ bê tông ngay tại vị trí thiết kế của kết cấu do đó các cấu kiện dính với nhau, tạo sự đồng nhất trong bê tông.
Ưu điểm: Thi công đựơc các loại kết cấu có cấu tạo phức tạp về hình dáng. Độ cứng công trình lớn, chịu lực động tốt.
Nhược điểm: Tốn vật liệu làm ván khuôn và cột chống. Thời gian chờ đợi để tháo ván khuôn cột chống là khá lâu làm công trình bị kéo dài ảnh hưởng tới tiến độ thi công.
Hình 2.1: Vận chuyển đá cát xây dựng đến công trường
Hình 2.3: Giàn khoan thi công cọc khoan nhồi Hình 2.4: Thi công kết cấu hạ tầng
a- Lắp đặt ván khuôn và cốt thép
cho dầm cầu b- Thi công bản đáy mặt cầu, lắp đặt cốt thép dầm ngang, dầm dọc cầu Hình 2.5: Thi công kết cấu thượng tầng
2.1.2.2. Thi công lắp ghép
Ưu điểm: Công trình kiên cố, khả năng chịu lực cao, có thể thực hiện được các dự án lớn.Sản phẩm mang tính thẩm mỹ cao :Các sản phẩm vừa có tính chức năng vừa để trang trí. Chúng có thể được tạo dáng và được đúc ra với vô số hình dạng và kích thước như mong muốn cho các công trình xây dựng.Sản phẩm được sản xuất từ nhà máy có chất lượng cao, chi phí bảo trì thấp:
- Lâu bền: Trong quá trình sản xuất kết cấu được quản lý chặt chẽ, nhằm đảm bảo độ đậm đặc và bền vững cao của sản phẩm.
- Ít bào trì : Với kết cấu bê tông đúc sẵn đòi hỏi rất ít hay hầu như không một sự bảo trì nào. Với kết cấu thép thì đã được xử lý nghiêm ngặt với các điều kiện môi trường .
Thời gian xây dựng ngắn hơn – giảm được một nửa so với việc xây dựng tại chỗ truyền thống.
-Dễ lắp ráp: Kết cấu đòi hỏi phải sử dụng máy móc để vận chuyển và lắp ráp. Ngoài ra, tốc độ lấp ráp bị phụ thuộc vào việc đào móng hơn là việc xử lý và sắp đặt chúng. Các sản phẩm được thiết kế và được sản xuất để việc nối kết được đơn giản nên có nhiểu bộ phận có thể được lắp ráp chỉ trong một thời gian ngắn.
- Hiệu quả: Các sản phẩm lắp ráp khi đến được công trường là sẳn sàng để được ráp lắp. Không cần phải mua thêm các vật liệu khác như thép cường lực và bê- tông, và cũng không cần mất thêm thời gian để xây dựng các hình dáng, đổ bê-tông hay đợi chờ bê-tông được lưu hóa.
Hệ thống giám sát chất lượng: Bởi vì các sản phẩm vốn được sản xuất trong một môi trường được kiểm soát nên chúng có được phẩm chất cao vả tính đồng bộ. Các yếu tố tác động đến chất lượng thông thường được tìm thấy tại công trường : nhiệt độ, ẩm ướt, phẩm chất nguyên liệu, tay nghề - hầu như được loại trừ tại môi trường của nhà máy.
Khả năng chuẩn hoá tuyệt vời: Bởi tính chuẩn tự nhiên của những sản phẩm lắp ráp nên các công trình xây dựng hầu như với mọi kích thước đều có thể ăn khớp được.
Hiệu quả kinh tế: Thi công lắp ráp với thời gian xây dựng nhanh hơn, ít chi phí bảo trì hơn, tuổi thọ công trình kéo dài hơn cũng như chi phí bảo hiểm công trình giảm đã góp phần vào việc tiết kiệm chi phí một cách hiệu quả và kinh tế nhất nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng đề ra.
Nhược điểm: Tuy có rất nhiều lợi thế nhưng hình thức thi công lắp ghép có một số nhược điểm như:Hiệu quả với công trình lớn; Công trình rải rác nằm ở vùng sâu vùng xa, vận chuyển cẩu lắp tới công trình gặp khó khăn. Quá trình lắp đặt đòi hỏi nguồn nhân lực; Không tận dụng được nguồn nhân lực địa phương
Thi công bán lắp ghép là hình thức kết hợp của cả hai hình thức trên. Thông thường một công trình cầu gồm nhiều bộ phận như: mố cầu, trụ cầu, nhịp cầu và các kết cấu phụ trợ. Mỗi cấu kiện đều có thể được thi công được theo hình thức thi công tại chỗ, thi công lắp ghép hoặc bán lắp ghép tùy thuộc vào điều kiện thi công, điều kiện nguyên vật liệu, nguồn nhân lực, thiết bị …
2.2. Nghiên cứu lựa chọn vật liệu, kết cấu hợp lý xây dựng cầu GTNT vùng ĐBSCL ĐBSCL
2.2.1. Các dạng kết cấu cầu
2.2.1.1. Kết cấu dầm
Dưới tác dụng của tải trọng thẳng đứng kết cấu nhịp bị uốn và truyền áp lực thẳng đứng xuống mố trụ. Kết cấu dầm bao gồm [12]:
♦ Cầu dầm đơn giản
Biểu đồ mô men chỉ có dấu dương, các gối chỉ tồn tại phản lực đứng.
Hình 2.6: Cầu kết cấu dầm đơn giản
Ưu điểm: Tính toán, bố trí thép đơn giản, sơ đồ kết cấu tĩnh định, không ảnh hưởng bởi các yếu tố lún do đó áp dụng được địa chất và móng bất kì. Ngoài ra thi công dễ tiêu chuẩn hóa, cơ giới hóa. Dễ lắp ghép và cẩu ghép thuận lợi
Nhược điểm: Tốn vật liệu so với sơ đồ khác; không thi công được nhịp lớn.
♦ Cầu dầm liên tục
Ưu điểm :Chịu lực hợp lý hơn nên tiết kiệm vật liệu so với dầm đơn giản. Khả năng vượt nhịp lớn hơn so với dầm đơn giả. Đối với các gói di động chỉ tồn tại một thành phần phản lực thẳng đứng nên trụ chịu nén đúng tâm.
Hình 2.7: Cầu kết cấu dầm liên tục
Nhược điểm: Sơ đồ kết cấu siêu tĩnh nên rất nhạy cảm với các tác động: mố trụ bị lún, nghiêng lệch, ảnh hưởng biến thiên nhiệt độ, co ngót và từ biến của bê tông, quá trình căng kéo cốt thép ứng suất trước.
Biểu đồ mô men có hai dấu, do đó phải bố trí thép về hai phía của dầm, phức tạp cho thi công.
♦ Cầu dầm mút thừa
Hình 2.8: Cầu kết cấu dầm mút thừa
Ưu điểm: Giá trị mô men tại giữ nhịp giảm đi do có mômen gối do đó vượt nhịp lớn hơn so với dầm đơn giản.
Nhược điểm: Lực xung kích lớn, cấu tạo khớp rất phức tạp
2.2.1.2. Kết cấu khung
Ưu điểm: Trụ và kết cấu cùng tham gia chịu lực, mô men tại các vị trí trong kết cấu nhìn chung là nhỏ
Nhược điểm: Dễ phát sinh ứng suất phụ trong hệ siêu tĩnh
a- Cầu khung liên tục
b- Khung T -dầm đeo Hình 2.9: Cầu kết cấu khung
2.2.1.3. Kết cấu vòm
a.Cầu vòm chạy trên b. Cầu vòm chạy giữa
c.Cầu vòm cứng.dầm mềm d. Cầu vòm mềm dầm cứng e.Cầu vòm chạy dưới có thanh xiên
Hình 2.10: Cầu kết cấu vòm
Ưu điểm: Tận dụng khả năng chị nén của vật liệu; hình thức đẹp
Nhược điểm: Có lực xô ngang lớn nên chỉ phù hợp với vùng có địa chất tốt. Độ võng lớn , chiều cao kiến trúc lớn.
2.2.1.4. Kết cấu giàn
Ưu điểm: Giàn là hệ thanh liên kết với nhau chỉ bằng hai khớp ở hai đầu thanh, do đó các thanh trong giàn chỉ chịu lực dọc trục. Chính vì vậy khi nhịp lớn cầu giàn tiết kiệm vật liệu hơn cầu dầm.
Các thanh giàn có trọng lượng nhẹ, do đó giảm bớt tĩnh tải xuống mố trụ, dẫn đến yêu cầu về móng không cao như cầu dầm.
Khả năng chịu lực ngang của cầu giàn tốt hơn so với cầu dầm do diện tích chắn gió thực tế nhỏ hơn, khoảng cách tim hai giàn chủ lớn.