CễNG TRèNH CẦU
10.1. ĐỊNH NGHĨA CẦU
Cầu: Cầu là cụng trỡnh để vượt qua dũng nước, qua thung lũng, qua đường, qua cỏc khu
vực sản xuất hoặc cỏc khu thương mại. Theo Tiờu chuẩn 22TCN:272-05 thỡ cầu là kết cấu bất kỡ cú khẩu độ khụng dưới 6m làm thành một phần của con đường.
Hỡnh 10.1: Cỏc bộ phận cơ bản của cụng trỡnh cầu 1. Kết cấu nhịp; 2. Trụ; 3. Mố; 4. Múng
10.2. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA CẦU
Kết cấu nhịp: là bộ phận chịu lực chớnh, đỡ phần xe chạy và lề người đi
Trụ cầu: là bộ phận của cụng trỡnh, cú vị trớ ở giữa hai nhịp kề nhau, chịu tải trọng
từ nhịp truyền xuống
Mố cầu: là bộ phận của cụng trỡnh, chịu tải trọng từ kết cấu nhịp truyền xuống, làm
nhiệm vụ như tường chắn, chịu ỏp lực ngang của đất đắp, đảm bảo ổn định nền đường đầu cầu.
10.3. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CẦU
- Chiều dài toàn cầu L: là bao gồm tổng chiều dài cỏc nhịp và hai mố. - Chiều dài nhịp l.: là khoảng cỏch giữa hai tim mố trụ cầu.
- Chiều dài nhịp tớnh toỏn, ltt.: là khoảng cỏch giữa cỏc tim gối của một nhịp - Chiều dài tĩnh khụng cầu: là khoảng cỏch tĩnh giữa hai mộp trong của trụ lo tớnh
theo MNCN. Trong cỏc cầu nhiều nhịp, tĩnh khụng cầu hay khẩu độ thoỏt nước là tổng khoảng cỏch giữa cỏc nhịp kề nhau, bằng lo.
- Về mựa khụ cú mực nước kiệt hoặc mực nước thấp nhất (MNTN).
- Mực nước thiết kế (MNTK) là mực nước cao nhất trong khoảng thời gian một chu kỡ (100 năm hay 50 năm tuỳ loại cụng trỡnh).
174
- Mực nước cao nhất tớnh toỏn (MNCN), xỏc định theo cỏc số liệu quan trắc thuỷ văn về mực nước lũ, được tớnh toỏn theo tần suất quy định đối với cỏc cầu và đường khỏc nhau.
- Mực nước thụng thuyền (MNTT) là mực nước cao nhất cho phộp tàu bố đi lại dưới cầu một cỏch an toàn.
- Chiều cao cầu H1: là khoảng cỏch từ đỉnh đường xe chạy trờn cầu đến MNTN. - Chiều cao tự do dưới cầu H: là khoảng cỏch từ đỏy kết cấu nhịp đến MNCN hoặc
MNTT. Khoảng cỏch này để cho nước lũ thoỏt qua cầu hoặc tầu bố qua lại dưới cầu an toàn. Khi sụng khụng cú tàu bố qua lại đỏy kết cấu nhịp phải cao hơn MNCN tối thiểu 0.5m.
Cầu ụtụ: Khi cú cõy trụi, đỏ lăn đỏy kết cấu nhịp phải cao hơn MNCN tối thiểu H1m.Khi khụng cú cõy trụi H 0.5m.
Cầu đường sắt: Khi cú cõy trụi H 1.5m. Khi khụng cú cõy trụi H 1m.
- Chiều cao kiến trỳc của cầu Hkt: là khoảng cỏch từ đỉnh phần xe chạy đến đỏy kết cấu nhịp. Chiều cao này ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng đất đắp đường vào cầu ảnh hưởng đến giỏ thành xõy dựng cầu.
10.4. PHÂN LOẠI CẦU
Cú nhiều cỏch phõn loại cầu tuỳ theo cao độ đường xe chạy, vật liệu kết cấu, mục đớch sử dụng, sơ đồ chịu lực cầu:
10.4.1. Phõn loại theo vật liệu làm kết cấu nhịp
Tuỳ theo vật liệu làm kết cấu nhịp cú thể phõn thành cầu gỗ, cầu đỏ, cầu bờ tụng, cầu bờ tụng cốt thộp và cầu thộp.
10.4.2. Phõn loại theo mục đớch sử dụng
Tuỳ theo mục đớch sử dụng cú thể phõn thành cỏc loại cầu: - Cầu đường sắt: chỉ cho tầu hoả chạy qua.
- Cầu đường bộ: cho tất cả cỏc loại phương tiện giao thụng trờn đường ụtụ. - Cầu bộ hành: chỉ cho người đi bộ.
- Cầu thành phố: cho ụtụ, tàu điện, người đi bộ. - Cầu hỗn hợp: cho tàu hoả và ụtụ.
- Cầu đặc biệt: dựng phục vụ cho cỏc cụng việc riờng như để ống dẫn nước, ống hơi đốt, ống dẫn dầu, cỏp điện.
10.4.3. Phõn loại theo cao độ mặt đường xe chạy
Cầu cú đường xe chạy trờn: khi đường xe chạy đặt trờn đỉnh kết cấu nhịp.
- Cầu cú đường xe chạy dưới: khi đường xe chạy bố trớ dọc theo biờn dưới của kết cấu nhịp.
175
- Cầu cú đường xe chạy giữa: khi đường xe chạy bố trớ trong phạm vi chiều cao của kết cấu nhịp.
1.4.4. Phõn loại theo chướng ngại vật mà cầu vượt qua
Tuỳ theo đặc điểm xõy dựng, chướng ngại vượt qua, cầu cú thể phõn thành cỏc dạng chớnh sau:
- Cỏc cầu thụng thường: cầu vượt qua cỏc dũng nước
- Cầu vượt hay cầu qua đường: khi cỏc tuyến giao thụng cú lưu lượng lớn giao nhau hoặc tuyến đường ụtụ giao nhau với cỏc đại lộ chớnh, hoặc đường ụtụ giao nhau với đường sắt.
- Cầu cạn hoặc cầu dẫn: là cầu được xõy dựng ngay trờn mặt đất nhằm dẫn vào 1 cầu chớnh hoặc nõng cao độ tuyến đường lờn để giải phúng khụng gian bờn dưới. - Cầu cao: là cỏc cầu bắc qua cỏc thung lũng sõu. Cỏc trụ cầu thường rất cao >
2025m, thậm chớ đến hàng trăm một.
- Cầu mở: khi chiều cao thụng thuyền lớn HTT 4060m nếu xõy dựng cầu cố định thỡ chiều dài cầu dẫn sẽ rất lớn, trụ mố cao, do đú giỏ thành cụng trỡnh sẽ tăng lờn nhiều, trong trường hợp đú cú thể bố trớ cầu mở. Cầu mở là loại cầu cú 1 hoặc 2 nhịp sẽ được di động khỏi vị trớ để tàu bố qua lại trong khoảng thời gian nhất định. Cú cỏc loại cầu mở như: Cầu cất, cầu nõng, cầu quay. Cầu cất là cầu cú kết cấu nhịp mở về một phớa hoặc 2 phớa theo gúc 700800 so với phương nằm ngang. Cầu nõng: kết cấu nhịp được nõng hạ theo phương thẳng đứng. Cầu quay: kết cấu nhịp quay trờn mặt bằng gúc 900.
- Cầu phao: là cầu gối lờn cỏc gối trụ nổi, ỏp dụng khi xõy dựng trụ vĩnh cửu quỏ đắt.
10.4.5. Phõn loại theo sơ đồ chịu lực
- Cầu dầm: bộ phận chịu lực chủ yếu là dầm, làm việc theo chịu uốn. Loại cầu này
gồm cầu dầm bản (L=215m), dầm cú sườn giản đơn (L=1240m), liờn tục (L=40150m), cầu dầm hẫng.
- Cầu dàn: bộ phận chịu lực chủ yếu là dàn chủ gồm nhiều thanh thộp tạo nờn làm
việc chủ yếu là kộo. Loại cầu này gồm cầu dàn giản đơn, liờn tục và hẫng.
- Cầu vũm: bộ phận chịu lực chủ yếu là vũm. Vũm làm việc theo chịu nộn và chịu
uốn. L=60305m (BTCT) và L=60515m (Thộp).
- Cầu khung: trụ và kết cấu nhịp được liờn kết cứng với nhau để chịu lực,
L=50150m, vớ dụ như cầu vượt nỳt ngó tư Vọng.
- Cầu treo: bộ phận chịu lực chủ yếu của cầu treo là dõy cỏp hoặc dõy xớch đỡ hệ
176
Hỡnh 10.2: Cỏc sơ đồ cầu
a,b,c. Cầu dầm đơn giản, liờn tục, mỳt thừa; d. cầu giàn; e. cầu Khung;
f,g. Cầu vũm cú đường xe chạy trờn và đường xe chạy giữa;
177
10.5. CÁC CỨ LIỆU CẦN THIẾT DÙNG TRONG THIẾT KẾ TỔNG THỂ CẦU Vấn thiết kế cũng như lựa chọn phương ỏn cầu là một bài toỏn tổng thể nhiều Vấn thiết kế cũng như lựa chọn phương ỏn cầu là một bài toỏn tổng thể nhiều mặt: kỹ thuật, cụng nghệ, quy hoạch, mụi trường, kinh tế rất phức tạp. Tuy nhiờn để phục vụ thiết kế cần cú cỏc tài liệu sau:
10.5.1. Lựa chọn vị trớ cầu
Đối với cỏc cầu nhỏ (L< 25m) và cầu trung (L= 25 100m) vị trớ cầu được chọn phụ thuộc vào vị trớ tuyến đường do đú cầu cú thể chộo, cong hoặc nằm trờn dốc. Đối với cầu lớn (L>100m), vị trớ tuyến đường phụ thuộc vị trớ cầu, do đú yờu cầu người thiết kế phải cú tầm nhỡn tổng quan về mặt kỹ thuật, quy hoạch và kinh tế khi chọn vị trớ cầu. - Về mặt kỹ thuật: phải so sỏnh cỏc phương ỏn chọn vị trớ cầu theo cỏc điều kiện địa
hỡnh, địa chất, thuỷ văn, thi cụng và bố trớ cụng trường.
- Về mặt quy hoạch phải so sỏnh cỏc phương ỏn về vị trớ cầu và việc phỏt triển cỏc vựng lõn cận trong tương lai vị trớ cầu xột theo quan điểm bố trớ kiến trỳc chung của khu vực, vị trớ cầu xột theo quan điểm quốc phũng.
- Về mặt kinh tế: phải so sỏnh cỏc phương ỏn theo giỏ thành (thi cụng và khai thỏc), so sỏnh giỏ thành vận doanh cỏc phương ỏn tuyến do cỏc vị trớ cầu khỏc nhau gõy nờn.
Sau khi chọn được cỏc vị trớ cầu tốt nhất sẽ tiến hành thiết kế, đặc biệt là việc chọn vị trớ cầu cú liờn quan đến việc chọn phương ỏn thiết kế.
10.5.2. Cỏc tài liệu khảo sỏt phục vụ thiết kế 1. Tài liệu địa hỡnh: 1. Tài liệu địa hỡnh:
- Trắc dọc tim của đoạn vượt sụng cho biết sự phõn bố chiều sõu lớn nhất theo chiều rộng sụng và trong cỏc cầu qua sụng thụng thuyền, nú cho phộp phõn đoạn vị trớ cần thiết của nhịp thụng thuyền trờn chiều rộng sụng.
- Trắc dọc cũng cho biết cao độ của bờ sụng, cao độ đú sẽ chi phối độ dốc dọc của mặt đường xe chạy (dốc đối xứng hay dốc một chiều).
- Khi bố trớ nhịp thụng thuyền ở giữa sụng và khi mặt cắt dọc của phần xe chạy đối xứng, toàn bộ cụng trỡnh cú tớnh đối xứng, khi đú hiệu quả nhất là sử dụng cỏc kiểu kết cấu định hỡnh.
- Khi bố trớ nhịp thụng thuyền khụng đối xứng cũng như khi độ dốc dọc trờn cầu là một chiều, thỡ cụng trỡnh sẽ khụng đối xứng.